JPH10501765A

JPH10501765A - 同時粒子選択、粒子分離印刷方法およびシステム

Info

Publication number: JPH10501765A
Application number: JP8531104A
Authority: JP
Inventors: シルヴァーブルック，キーア
Original assignee: イーストマンコダックカンパニー
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1998-02-17
Also published as: EP0765236B1; DE69603429D1; BR9606314A; MX9606191A; CN1150776A; DE69603429T2; WO1996032277A1; KR970703858A; EP0765236A1

Abstract

(57)【要約】インクはインクタンク内に収容されている。インクはノズルに送られ、インクの表面張力によりそこに保持される。インク圧に所定の外部静電界または磁界を加えたものがノズルからインクを押し出すのには必ず不十分となるようにすることによって、ノズルからインクが排出されないようにする平衡状態が発生される。このシステムは、ノズルチップに内蔵されたヒータからなることができる。このヒータがヒータ制御回路により作動すると、ノズルチップと接触しているインクが加熱される。対流はインクメニスカス上に急速に熱を運ぶ。インクは、温度の上昇と共に表面張力が低下するように配合される。温度が上昇すると、インクの表面張力は有意に低下して、平衡状態が失われ、インクはノズル外に移動する。所定の時点で、ヒータはヒータ制御回路によってオフにされ、温度が下降することにより表面張力が増大する。インクはそれ自身の運動量によりノズルから流出を続ける。表面張力とノズルの粘性流動制限により、インク粒子は「くびれ」を起こし、インク本体から分離する。その後、インク粒子は記録媒体へ移動する。熱ドロップオンデマンド機構は、低電力で作動し、変更したＣＭＯＳプロセスを使用によるモノリシック多重ノズル印刷ヘッドの製造を可能にする。この印刷ヘッドは、歩留まり、装置の寿命および信頼性を改善するために、大規模な故障許容を含むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】同時粒子選択、粒子分離印刷方法およびシステム技術分野本発明は、コンピュータ制御印刷装置の分野に関し、特に液体インクドロップオンデマンド（ＤＯＤ）印刷システムの分野に関するものである。発明の背景現在まで、多くの異なるタイプのディジタル制御印刷システムが発明され、多くのタイプのものが現在生産されている。これらの印刷システムは、種々の作動機構、種々のマーキング剤および種々の記録媒体を使用する。現在使用されているディジタル印刷システムの例としては、レーザ電子写真プリンタ、ＬＥＤ電子写真プリンタ、ドットマトリックスインパクトプリンタ、熱式ペーパープリンタ、フィルムレコーダ、熱式ワックスプリンタ、染料分散熱式移動プリンタおよびインクジェットプリンタ等がある。しかし、現在のところ、従来の方法が、設定に非常に費用が掛かり、特定のページを数千枚印刷する場合でなければ、商業的にほとんど引き合わないにもかかわらず、電子印刷システムが機械的印刷機に取って代わっているケースはまだまだ少ない。それ故、例えば、普通紙を使用して、高速、低コストで高品質のカラーイメージを印刷することができる改良型ディジタル制御印刷システムが求められている。インクジェット印刷は、ディジタル制御電子印刷分野での極めて優れた競争相手とされてきた。何故なら、例えば、インパクト型ではなく、騒音が少なく、普通紙に印刷でき、トナーの転写や定着を行う必要がないからである。現在までに、多くのタイプのインクジェット印刷機構が発明されてきた。これらのインクジェット印刷機構は、連続インクジェット（ＣＩＪ）またはドロップオンデマンド（ＤＯＤ）インクジェットに分類することができる。連続インクジェット印刷の歴史は古く、少なくとも１９２９年には発明されていた。ハンセルの米国特許第１、９４１、００１号参照。１９６７年のスイート他の米国特許第３、３７３、４３７号は、印刷に使用されるインクの粒子が選択的に電荷を与えられ、記録媒体に向けて偏向される、連続インクジェットノズルのアレーを開示している。この技術は、二進法偏向ＣＩＪとして周知であり、エルムジェットおよびサイテックスのような数社のメーカーが使用している。１９６６年のヘルツ他の米国特許第３、４１６、１５３号は、小さな孔を通るインクの粒子の数を変調するために、電荷を帯びたインクの粒子の流れを静電的に分散させることによって、ＣＩＪ印刷で印刷した点の濃度を光学的に変化させる方法を開示している。この技術は、イリスグラフィックス社が製造したインクジェットプリンタに使用されている。１９７０年のカイザー他の米国特許第３、９４６、３９８号は、圧電クリスタルに高電圧を掛け、クリスタルを曲げ、インクタンクに圧力を掛け、必要に応じてインクの粒子を噴出させるＤＯＤインクジェットプリンタを開示している。多くのタイプの圧電ドロップオンデマンドプリンタが次から次へと発明されたが、これら圧電プリンタは、圧電クリスタルを、曲げモード、押しモード、せん断モードおよび絞りモードで使用している。圧電ＤＯＤプリンタは、高温溶融インク（例えば、テクトロニクスおよびデータプロダクトプリンタ）を使用して、商業的に成功したが、その家庭用およびオフィス用のイメージ解像度は最高７２０ｄｐｉであった（セイコーエプソン）。圧電ＤＯＤプリンタは、広い範囲の種類のインクを使用することができるという利点を持っている。しかし、圧電印刷機構は、通常、複雑な高電圧駆動回路と容積の大きい圧電クリスタルアレーを必要とし、そのため製造が困難であり、性能の上でも不利になっている。１９７９年の遠藤他の英国特許第２、００７、１６２号は、ノズル内のインクと熱的に接触している電熱トランスジューサ（ヒータ）に、電力パルスを加える電熱ＤＯＤインクジェットプリンタを開示している。ヒータは、急速に、水をベースとしたインクを高温に加熱し、その場合、少量のインクは急速に蒸発しバブルを形成する。このようなバブルが形成されると、その結果、圧力波ができ、この圧力波はインクの粒子をヒータの基板の縁部にそって、小さな孔部から排出させる。この技術は、Ｂｕｂｂｌｅｊｅｔ^TM（日本のキャノン社の登録商標）と呼ばれ、キャノン、ゼロックスおよびその他のメーカーが製造している多くの種類の印刷システムで使用されている。１９８２年のボート他の米国特許第４、４９０、７２８号は、バブルの形成によって作動する電熱粒子排出システムを開示している。このシステムの場合、粒子はヒータの上に設置されている孔部を持つ板に形成されているノズルを通して、ヒータの基板の面に垂直な方向に排出される。このシステムは熱インクジェットと呼ばれ、ヒューレット−パッカード社が製造している。本明細書には熱インクジェットという用語は、ヒューレット−パッカード社のシステムおよびＢｕｂｂｌｅｊｅｔ^TMと通常呼ばれているシステムの両方を指すのに使用されている。熱インクジェット印刷は、通常、一つの粒子を排出するのに約２マイクロ秒中に約２０マイクロジュールを必要とする。各ヒータが１０ワットの有効電力を消費するのは、それ自身不利であるうえに、特別なインクを必要とし、ドライバエレクトロニクスが複雑になり、ヒータ素子の劣化が促進される。技術文献には、他のインクジェット印刷システムも記載されているが、現在は商業的には使用されていない。例えば、米国特許第４、２７５、２９０号は、熱パルスと水圧で、所定の印刷ヘッドノズルのアドレスを一致させることにより、インクが印刷ヘッドの下を通して、スペーサにより分離されている紙に自由に流れることができるシステムを開示している。米国特許第４、７３７、８０３号、第４、７３７、８０３号および第４、７４８、４５８号は、印刷ヘッドノズル内のインクのアドレスを熱パルスおよび静電誘引フィールドに一致させることにより、印刷シートにインクの粒子を排出させるインクジェット記録システムを開示している。上記各インクジェット印刷システムは、利点と欠点とを持つ。しかし、例えば、コスト、速度、品質、信頼性、電力利用、簡単な構造と操作、耐久性および消耗品の点で有利な改良型インクジェット印刷方法が依然として求められていることは広く知られている。発明の概要「液体インク印刷装置およびシステム」および「同時粒子選択、粒子分離印刷方法およびシステム」という名称の、本出願と一緒に提出された出願には、上記の従来技術の問題を克服するための、有意な改良を行うことができる新しい方法および装置が記載されている。これらの発明は、例えば、粒子の大きさおよび粒子の印刷場所の正確さ、達成できる印刷速度、電力利用、耐久性および遭遇する動作上の熱応力および他のプリンタ性能特性、並びに製造が容易であることおよび有益なインクの特性に関して、重要な利点を持っている。本発明の一つの重要な目的は、上記出願に開示されている構造および方法をさらに改善し、それにより印刷技術の進歩に貢献することである。それ故、本発明の一つの重要な目的は、従来技術の方法を改良することができるドロップオンデマンドインク印刷の新しい方法を提供することである。重要な態様について説明すると、本発明の方法は、例えば、インク粒子の大きさおよびインク粒子の印刷場所の正確さ、印刷速度、電力利用、耐久性および動作上の熱応力および以下により詳細に説明する他のプリンタ性能特性について利点を持っている。他の重要な態様について説明すると、本発明は製造および有用なインクの性質に関して有意な利点を持っている。ある実施形態の場合、本発明は、下記のステップ、すなわち、（１）（ａ）周囲マニフオールド圧力より高くすることと、（ｂ）選択エネルギーパルスとの結合作用により、アドレスされたインク部分を選択されなかったノズルを超えて、しかしその隣接しているインクの塊から分離しない程度に、その関連ノズルから所定の領域へ移動させる、同時フォースにより、印刷ヘッドの選択されたノズル内のインクにアドレスするステップと、（２）上記アドレスのステップ中、（ａ）上記領域に送られた選択されたインクをその隣接しているインクの塊から分離することができ、（ｂ）アドレスされなかったインクをそのように分離させない大きさと近接の力で、印刷ヘッドからのインクを印刷ゾーンへ誘引するステップとを含む、ドロップオンデマンド印刷方法からなる。ある好適な実施形態の場合には、インク粒子選択手段は、インクに上記周囲圧力が加えられるのと同時に、表面張力を下げるためにインクを加熱することである。他の好適な実施形態の場合には、インク粒子分離手段は、所定の均一な電界と一緒に、所定のインクの伝導性特性を含む。他の好適な態様について説明すると、本発明は、インク粒子を排出するのに必要なエネルギーが、上記インク粒子の量に等しい量のバルクインクの周囲温度より高い温度をインク粒子排出温度以下の温度まで上昇させるのに必要なエネルギーより低いことを特徴とする熱作動液体インク印刷ヘッドからなる。他の好適な態様について説明すると、本発明は、使用するインクが室温では固体だが、動作温度では液体である熱作動ドロップオンデマンドプリンタからなり、選択手段は、選択するインク粒子の付近のインクの粘度を低くするために、変動圧力パルスと選択加熱とを同時に行う。さらに他の態様について説明すると、本発明は、インク粒子を排出するのに必要なエネルギーが、上記インク粒子の量に等しい量のバルクインクの周囲のインク温度より高い温度をインク粒子排出温度以下の温度まで上昇させるのに必要なエネルギーより低いことを特徴とする熱作動液体インク印刷ヘッドからなる。図面の簡単な説明図１（ａ）は、本発明の一つの例示としての印刷装置の簡単なブロック図である。図１（ｂ）は、本発明のノズルチップの一例の断面図である。図２（ａ）−図２（ｆ）は、インク粒子選択の流体力学シミュレーションである。図３（ａ）は、本発明の一実施形態の作動中のノズルの有限要素流体力学シミュレーションである。図３（ｂ）は、インク粒子選択および分離の際の継続メニスカス位置である。図３（ｃ）は、インク粒子選択サイクル中の種々の点における温度である。図３（ｄ）は、種々のインク添加物に対する測定表面張力対温度曲線である。図３（ｅ）は、図３（ｃ）の温度曲線を発生させるためのノズルヒータに送られる電力パルスである。図４は、本発明を実施するための印刷ヘッド駆動回路の簡単なブロック図である。図５は、故障許容を使用もしくは使用しない、本発明の特徴を実施するＡ４ページ幅のカラー印刷ヘッド用の予想製造歩留まりである。図６は、本発明の一実施形態を使用する印刷システムの一般化したブロック図である。図７は、図８−図１８に示すコンピュータシミュレーションに使用する、本発明の印刷ヘッドノズル実施形態の一例の断面図である。図８（ａ）は、一つのヒータ加熱パルスの間に印刷ヘッドに供給される電力サブパルスである。図８（ｂ）は、インク粒子選択プロセス中の、ノズルの種々の点における温度である。図９は、インク粒子選択プロセス中の、メニスカス位置対時間のグラフである。図１０は、インク粒子選択プロセス中の、５マイクロ秒毎のメニスカス位置と形状のグラフである。図１１は、インク粒子選択プロセス開始前のインクメニスカスの静止位置である。図１２−図１７は、インク粒子選択プロセス中の種々の段階での、メニスカス位置と等温線である。図１８は、インク粒子選択ヒータパルスの開始５０マイクロ秒後の流体流線である。図１９は、自己冷却と維持するのに許容できる最大インク粒子エネルギーのグラフである。図２０は、時間の関数としての圧力変動の三つのサイクルである。図２１は、図８の第三のサイクル中に加えられた電熱パルスと、時間の関数としてのノズル内の種々の点での温度である。図２２は、図７の周期中の時間の関数としてのメニスカスの極値の位置である。図２３（ａ）、図２３（ｃ）、図２３（ｅ）、図２３（ｇ）および図２３（ｉ）は、インク粒子排出サイクル中の種々の時点での、等温線およびインク粒子の放出を示す。図２３（ｂ）、図２３（ｄ）、図２３（ｆ）、図２３（ｈ）および図２３（ｊ）は、インク粒子排出サイクル中の種々の時点での、等粘度線およびインク粒子の放出で示す。図２４は、インク粒子が選択されない場合の、１サイクル中のメニスカス位置の移動である。図２５は、インク粒子選択サイクル中のメニスカス位置の移動である。インク粒子の分離は図示してない。図２６は、図２０−図２５の印刷ヘッドの周波数の半分の周波数で動作中の印刷ヘッドに対する、時間の関数としてのメニスカスの極値の位置である。図２７は、図２０−図２５の印刷ヘッドの周波数の半分の周波数で動作中の印刷ヘッド内でインク粒子が選択されない場合の、１サイクル中のメニスカス位置の移動である。図２８は、図２０−図２５の印刷ヘッドの周波数の半分の周波数で動作中の印刷ヘッド内のインク粒子選択サイクル中のメニスカス位置の移動である。インク粒子の分離は図示してない。好適な実施形態の詳細な説明一つの一般的態様では、本発明は、ドロップオンデマンド印刷機構からなり、そこでは、印刷に使用されるインク粒子を選択する手段が、選択されたインク粒子と選択されていないインク粒子との間の位置関係を変えるが、これは、インク粒子がインクの表面張力に打ち勝ち、インクの本体から分離するには不十分であり、されに、インク本体から、選択されたインク粒子を分離させるために別の手段が使用されている。インク粒子選択手段をインク粒子分離手段から分離すると、どのインク粒子を印刷に使用するのかを選択するのに必要なエネルギーが有意に低減する。インク粒子選択手段だけを、各ノズルに対する個々の信号によって駆動すればよいからである。インク粒子分離手段は、電界または条件に応じて、すべてのノズルに同時に使用することができる。インク粒子選択手段は、下記のリストから選択することができるが、リストに記載されているものだけに限定されるわけではない。１）圧力が掛けられているインクの表面張力の電熱低減２）インク粒子の排出を起こさせるには不十分なバブル体積による、電熱バルブの発生３）インク粒子を排出させるには不十分な容積の変化を持つ圧電４）各ノズルに一つの電極を使用する静電吸引インク粒子分離手段は、下記のリストから選択することができるが、リストに記載されているものだけに限定されるわけではない。１）近接（印刷ヘッドに近接している記録媒体）２）振動インク圧による近接３）静電吸引４）磁気吸引「ＤＯＤ印刷技術の目標」テーブルは、ドロップオンデマンド印刷技術のいくつかの望ましい特性を示す。このテーブルはまた、それにより本明細書に記載したいくつかの実施形態、または本発明に関連する他の出願に記載されているいくつかの実施形態が使用し、それにより従来技術を改良したいくつかの方法を表示している。熱的インクジェット（ＴＩＪ）および圧電インクジェットシステムの場合には、選択したインク粒子が確実にインクの表面張力に打ち勝ち、インク本体から分離し、記録媒体に吹き付けられるためには、インク粒子の秒速は好適には約１０メートルであることが好ましい。上記システムの電気的エネルギーを、インク粒子の運動エネルギーに変換する効率は非常に低い。ＴＩＪシステムの効率は、約０．０２％である。このことは、ＴＩＪ印刷ヘッド用の駆動回路は、大電流を切り替えなければならないことを意味する。圧電インクジェットヘッド用の駆動回路は、大電圧を切り替えなければならないか、または大きな容量性の負荷を切り替えなければならない。ページ幅のＴＩＪ印刷ヘッドの全消費電力は、非常に高い。１秒間に１つの４カラーブラックイメージを印刷する、８００ｄｐｉのＡ４全カラーページ幅のＴＩＪ印刷ヘッド印刷は、約６キロワットの電力を消費するが、その大部分は無駄な熱になる。この熱を除去するのが難しいので、ローコストで、高速、高解像度の小型のページ幅ＴＩＪシステムの生産がなかなかうまくいかない。本発明の実施形態の一つの重要な特徴は、印刷に使用するインク粒子の選択に必要なエネルギーを有意に低減する手段である。上記のエネルギーの低減は、インク粒子を選択するための手段を、選択したインク粒子を確実にインク本体から分離し、また記録媒体上にドットを形成するための手段から分離することによって達成される。インク粒子選択手段だけは、各ノズルに対する個々の信号によって駆動しなければならない。インク粒子分離手段は、すべてのノズルに同時に適用されるフィールドまたはコンディションとなる。「インク粒子選択手段」を示すテーブルには、本発明のインク粒子を選択するための可能な手段がいくつか表示されている。インク粒子選択手段は、選択されたインク粒子の位置を十分に変化させるのに必要であり、それにより、インク粒子分離手段は、選択されたインク粒子を、選択されなかったインク粒子から区別することができるわけである。他のインク粒子選択手段も、使用することができる。水をベースとするインク用の好適なインク粒子選択手段は、方法１：「圧力下のインクの表面張力を電熱により低減する」方法である。このインク粒子選択手段は、他のシステムと比較すると、多くの利点を持つ。その利点としては下記のものが含まれる。すなわち、動作電力が低いこと（ＴＩＪの約１％）、ＣＭＯＳＶＬＳＩチップ製造法と互換性を持っていること、動作電圧が低いこと（約１０Ｖ）、ノズル密度が高いこと、低温で動作できること、および適当なインク組成の範囲が広いことである。インクの表面張力は、温度の上昇に従って、低下しなければならない。高温溶融インクまたはオイルをベースとするインク用の好適なインク粒子選択手段は、方法２：「変動インク圧とともに、インクの粘度を電熱により下げる」方法である。上記インク粒子選択手段は、温度の上昇と共に、粘度が大幅に低下するが、表面張力は少ししか低下しないインクと一緒に使用するのに特に適している。特に、比較的高い分子量を持つ非極性インクキャリヤの場合に適している。これは特に、高温溶融インクおよびオイルをベースにしているインクの場合に適している。「インク粒子分離手段」を示すテーブルには、選択されたインク粒子をインク本体から分離し、選択したインク粒子により、印刷媒体上にドットを形成するのに使用することができるいくつかの方法が示されている。インク粒子分離手段は、選択されなかったインク粒子が、印刷媒体上に絶対にドットを形成しないようにするために、選択されたインク粒子を選択されなかったインク粒子から区別する。他のインク粒子分離手段も使用することができる。好適なインク粒子分離手段は、用途によって変わる。ほとんどの用途の場合には、方法１：「静電誘引」または方法２：「交流電界」が最も適している。平滑なコーティングが行われた紙またはフィルムが使用され、非常な高速が絶対必要ではない場合には、方法３：「近接」が適当である。高速、高品質を必要とする場合には、方法４：「転送近接」を使用することができる。方法６：「磁気誘引」は、印刷媒体が、近接印刷に対してあまりにざらざらしていて、静電インク粒子分離用に必要な高電圧が望ましくない、ポータブル印刷システムに適している。すべての用途に適用できるはっきりした「最善の」インク粒子分離手段はない。本発明の種々のタイプの印刷システムのより詳細な説明は、その開示が参考文献として本明細書に記載されている、１９９５年４月１２日付けの下記のオーストラリアの特許明細書に記載されている。すなわち、「液体インク故障許容（ＬＩＦＴ）印刷機構」（出願番号：ＰＮ２３０８）「ＬＩＦＴ印刷の際の電熱インク粒子選択」（出願番号：ＰＮ２３０９）「印刷媒体近接によるＬＩＦＴ印刷の際のインク粒子分離」（出願番号：ＰＮ２３１０「ヘッドと媒体の間の距離を変化させることによる、近接ＬＩＦＴ印刷におけるインク粒子の大きさの調整」（出願ＰＮ２３１１）「音響インク波を使用する増大近接ＬＩＦＴ印刷」（出願番号：２３１２）「ＬＩＦＴ印刷における静電インク粒子分離」（出願番号：ＰＮ２３１３）「近接印刷における多重同時インク粒子サイズ」（出願番号：ＰＮ２３２１）「熱作動印刷ヘッドの自己冷却動作」（出願番号：ＰＮ２３２２）「熱的粘度低減ＬＩＦＴ印刷」（出願番号：ＰＮ２３２３）図１（ａ）は、本発明の一つの好適な印刷システムの略図である。イメージ源５２は、スキャナまたはコンピュータからのラスタイメージデータであってもよいし、ページ記述言語（ＰＤＬ）の形のアウトラインイメージデータであってもよいし、または他の形のディジタルイメージ表現であってもよい。このイメージデータは、イメージ処理システム５３によってピクセルマップされたページイメージに変換される。上記イメージ処理システムは、ＰＤＬイメージデータの場合には、ラスタイメージプロセッサ（ＲＩＰ）かも知れないし、ラスタイメージデータの場合には、ピクセルイメージ操作であるかもしれない。イメージ処理ユニット５３によって生じた連続トーンデータは、ハーフトーンである。ハーフトーン化は、ディジタルハーフトーン化ユニット５４によって行われる。ハーフトーン化されたビットマップイメージデータは、イメージメモリ７２に記憶される。プリンタおよびシステム構成によって、イメージメモリ７２は全ページメモリであったり、バンドメモリであったりする。ヒータ制御回路７１は、イメージメモリ７２からデータを読み取り、印刷ヘッド５０の一部であるノズルヒータ（図１（ｂ）の１０３）に、時変電気パルスを送る。上記パルスは適当な時間に、適当なノズルに送られ、その結果、選択されたインク粒子は、イメージメモリ７２のデータによって指定された、記録媒体５１上の適当な場所に点を形成する。記録媒体５１は、マイクロコントローラ３１５によって制御されている、ペーパー移動制御システム６６によって電子的に制御されている、ペーパー移動システム６５によって、ヘッド５０に対して移動する。図１（ａ）に示すペーパー移動システムはその略図にしか過ぎず、多くの異なる機械的構成を使用することができる。ページ幅印刷ヘッドの場合には、記録媒体５１を、定置型のヘッド５０に接触させながら移動させるのが最も便宜的な方法である。しかし、走査印刷システムの場合には、相互にラスタ動作が行われるように、普通ヘッド５０を軸（サブ走査方向）上にそって移動し、記録媒体５１を直行軸（主走査方向）にそって移動するのが最も便宜的な方法である。マイクロコントローラ３１５は、またインク圧レギュレータ６３およびヒータ制御回路７１を制御することができる。表面張力の低減を利用する印刷の場合には、インクは圧力が掛けられた状態でインクタンク６４に収容されている。（インク粒子が排出されない）静止状態の場合には、インク圧は表面張力に打ち勝って、インク粒子を排出するほどまだ十分高くない。インク圧レギュレータ６３の制御の下で、インクタンク６４に圧力を加えることによって、インクに一定の圧力を加えることができる。別の方法としては、大型の印刷システムの場合には、ヘッド５０上の適当な高さのところに、インクタンク６４のインク頂面を設定することによって、インク圧を非常に正確に発生し、制御することができる。インクレベルは、簡単なフロート弁（図示せず）により調整することができる。粘度の低減を利用する印刷の場合には、インクはインクタンク６４に収容されていて、インク圧は振動により与えられる。この振動を発生するための手段としては、インクチャネル（図示せず）に実装されている圧電アクチュエータを使用することができる。インク粒子分離手段と共に適当に配置すれば、選択されたインク粒子は、記録媒体５１上に点を形成し、一方、選択されなかったインク粒子はインク本体の一部として残る。インクは、インクチャネル装置７５によって、ヘッド５０の背面に分配される。インクは、好適にはヘッド５０のシリコン基板に彫られたスロットおよび／または孔部を通って、ノズルおよびアクチュエータが設置されている前面に流れることが好ましい。熱的選択が行われる場合には、ノズルアクチュエータは、電熱ヒータである。本発明のある種のタイプのプリンタの場合には、選択されたインク粒子をインク本体から確実に分離し、記録媒体５１の方向に確実に移動させるのに、外部電界７４が必要になる。インクは容易に電導性を持つことができるので、手ごろな外部電界７４として、定電界を使用することができる。この場合、ペーパーガイドまたはプラテン６７を、電導性の材料で作ることができ、電界を発生する一つの電極として使用することができる。もう一方の電極としては、ヘッド５０自身を使用することができる。他の実施形態は、選択されたインク粒子と選択されなかったインク粒子とを区別するための手段として、印刷媒体の近接を使用している。小さなインク粒子の場合には、インク粒子に掛かる重力は非常に小さい。すなわち、表面張力の約１０^-4で、ほとんどの場合、重力は無視することができる。このため、印刷ヘッド５０および記録媒体５１を、局部的な重力の場に対して任意の方向に向けることができる。このことはポータブル型のプリンタにとって、重要な要件である。図１（ｂ）は、修正ＣＭＯＳプロセスを使用して製造した、本発明の単一の顕微鏡的ノズルチップの実施形態の断面の詳細な拡大図である。ノズルは基板１０１に彫られていて、この基板はシリコン、ガラス、金属または他の任意の適当な材料で作ることができる。基板が半導体でない材料でできている場合には、（無定型シリコンのような）半導体材料を基板上に配置して、表面に半導体層に集積駆動トランジスタおよびデータ分配回路を形成することができる。単結晶シリコン（ＳＣＳ）基板は、下記に記載する利点を含めて、いくつかの利点を持つ。１）高性能の駆動トランジスタ、および他の回路をＳＣＳ内に作ることができる。２）標準ＶＬＳＩ処理装置を使用して、現在の施設（工場）で印刷ヘッドを作ることができる。３）ＳＣＳは機械的強度および剛性が高い。４）ＳＣＳは高い熱伝導性を持つ。この例の場合には、ノズルは円筒形をしていて、環状のヒータ１０３を持つ。ノズルチップ１０４は、ＣＭＯＳ駆動回路の形成過程中に形成された二酸化シリコン層から作られている。ノズルチップは、窒化シリコン膜で保護されている。突出しているノズルチップは、印刷ヘッド表面上の圧力が掛かっているインク１００の接触点を制御している。印刷ヘッドの表面も、印刷ヘッドの前面を横切って、不必要にインクが広がらないように疎水化されている。多くの他の構成のノズルを使用することができ、本発明のノズルの実施形態の形、大きさおよび使用材料をいろいろに変えることができる。その上にヒータおよび駆動エレクトロニクスが形成されている基板に彫られたモノリシックなノズルは、オリフィス板を必要としないという利点を持つ。オリフィス板を使用しないですむので、製造およびを組立の際のコストを有意に節減することができる。オリフィス板を使用しないですむ最近の方法としては、ゼロックスに譲渡された堂本他の１９８６年の米国特許第４、５８０、１５８号、ヒューレット−パッカード社に譲渡されたミラー他の１９９４年の米国特許第５、３７１、５２７号に記載されている方法のような「渦巻」アクチュエータ等がある。しかし、これらの方法は、動作が複雑で、製造が難しい。本発明の印刷ヘッド用のオリフィス板を使用しない好適な方法は、アクチュエータの基板内にオリフィスを内蔵させている。このタイプのノズルは、インク粒子を分離するために種々の技術を使用している印刷ヘッドに対して使用することができる。静電インク粒子分離を使用する動作最初の例として、図２に表面張力の熱による低減および静電式インク粒子分離を使用する動作を示す。図２は、米国、イリノイ州所在のフルイドダイナミック社が販売している商業的な流体の動的シミュレーションソフトウエアパッケージであるＦＩＤＡＰを使用して行ったエネルギーの移動および流体の動的シミュレーションの結果を示す。このシミュレーションは、周囲温度が３０℃の場合の、直径が８ミクロンの熱的インク粒子選択ノズルの実施形態についてのものである。ヒータに供給された全エネルギーは、２７６ｎＪで、それぞれが４ｎＪのエネルギーを持つ６９のパルスによって与えられる。インク圧は、周囲の空気圧より１０ｋＰａ高く、３０ ℃のインクの粘度は１．８４ｃＰｓであった。インクは水をベースとするもので、温度が上昇するにつれて、表面張力を大きく低下させるために、０．１％のパルミチン酸のゾルを含む。図に示すように、ノズルの中心軸から半径方向へのノズルチップの断面の長さは４０ミクロンである。シリコン、窒化シリコン，アモルファス二酸化シリコン、結晶状二酸化シリコンを含むノズル材料内、および水をベースとするインク中を流れる熱を、それぞれの密度、熱容量、および熱伝導性を使用してシミュレートした。シミュレーションの時間的ステップは０．１マイクロ秒である。図２（ａ）は、ヒータが作動する直前の静止状態を示す。平衡状態にあり、そのため静止状態の場合には、インク圧プラス外部電界は、絶対に、周囲温度での表面張力に打ち勝つことができないので、ノズルからインクが噴出しない。静止状態の場合には、インクのメニスカスは、印刷ヘッドの表面より有意に突出しないので、そのため静電界はメニスカスに有意に集中しない。図２（ｂ）は、ヒータ加熱パルスの供給が開始してから５マイクロ秒後の５℃ 間隔の等温線を示す。ヒータが加熱すると、ノズルチップと接触しているインクは急速に加熱される。表面張力が低下すると、メニスカスの加熱された部分が冷たいインクのメニスカスに対して急速に膨張する。この状況下では、対流が起こり、この対流がこの熱をノズルチップのインクの自由面の一部上を通して急速に移動させる。この場合、熱をインクがヒータと接触していないところを通して分配しないで、インクの表面上を通して分配する必要がある。なぜなら、固体のヒータに対して粘り気のあるインクが伝わると、ヒータと直接接触しているインクが移動できなくなるからである。図２（ｃ）は、ヒータ加熱パルスの供給が開始してから、１０マイクロ秒後の５℃毎の等温線を示す。温度が上昇すると、表面張力が低下し、力の平衡状態が破れる。全メニスカスが加熱されると、インクが流れ始める。図２（ｄ）は、ヒータ加熱パルスの供給が開始してから、２０マイクロ秒後の５℃毎の等温線を示す。インク圧により、インクが新しいメニスカス部分に流れ、印刷ヘッドから突き出る。静電界は、突き出た電導性のインク粒子によって集中する。図２（ｅ）は、ヒータ加熱パルスの供給が開始してから、３０マイクロ秒後の５℃毎の等温線を示す。ヒータパルスの持続時間は２４マイクロ秒であるので、この等温線はヒータパルスの終了後６マイクロ秒のものである。ノズルチップは、酸化層を通しての熱伝導、および流動中のインクへの熱伝導により急速に冷却する。ノズルチップは、インクにより効果的に水冷される。静電誘引により、インク粒子の記録媒体へ向かっての加速が開始される。ヒータパルスが有意に短くなると（この場合は、１６マイクロ秒以下になると）、インクは印刷媒体の方向に加速されず、ノズルの方向に戻る。図２（ｆ）は、ヒータパルスの供給が終了してから、２６マイクロ秒後の５℃ 毎の等温線を示す。ノズルチップの温度は、周囲温度と比較した高さが５℃以下になる。これにより、ノズルチップ周囲の表面張力が増大する。ノズルからインクが引き出される速度が、ノズルを通してのインクの流れの粘度による制限値を超えると、ノズルチップの領域内のインクが「くびれ」を起こし、選択されたインク粒子がインク本体から分離する。その後、選択されたインク粒子は、外部の静電界の影響を受けながら、記録媒体に向かって移動する。その後、ノズルチップのインクのメニスカスは、静止位置に戻り、次の加熱パルスに対して次のインク粒子を選択する準備が整う。各加熱パルスに対して、一つのインク粒子が選択され、分離され、記録媒体上に点を形成する。加熱パルスは電気的に制御されているので、ドロップオンデマンドインクジェット動作を行うことができる。図３（ａ）は、ヒータ加熱パルスの供給が開始されてから５マイクロ秒毎の、インク粒子選択サイクル中の連続メニスカスの位置を示す。図３（ｂ）は、メニスカスの中心の点の移動を示す、メニスカスの位置対時間のグラフである。ヒータパルスはシミュレーションが開始してから１０秒後にスタートする。図３（ｃ）は、時間の経過中の、ノズルのいろいろな点での温度の合成曲線である。グラフの垂直軸は１００℃単位の温度である。グラフの水平軸は、１０マイクロ秒単位の時間である。図３（ｂ）の温度曲線は、０．１マイクロ秒毎にＦＩＤＡＰにより計算したものである。局部的な周囲温度は３０℃である。三つの点での温度履歴を示す。Ａ−ノズルチップ：不動態化層、インクおよび空気の間の接触円の温度履歴である。Ｂ−メニスカスの中間点：ノズルチップとメニスカスの中心との間のインクメニスカスの中間点上の円である。Ｃ−チップ表面：ノズルの中心から２０ミクロン離れた、印刷ヘッドの表面上の点である。温度は数度しか上がらない。このことは、能動回路をノズルに非常に接近して設置しても、温度上昇による性能または寿命の劣化は起こらないことを示している。図３（ｅ）は、ヒータに加えられる電力を示す。最適な動作を行うには、ヒータパルスの供給が開始されたときに、温度が急速に上昇しなければならず、パルスが持続している時間、温度をインクの沸点より少し低い温度に維持する必要があり、またパルスの供給が停止された場合には、温度が急速に低下しなければならない。そうするために、ヒータに供給される平均エネルギーを、パルスの持続時間中変動させる。この場合、上記変動は、それぞれが４ｎＪのエネルギーを持つ、０．１マイクロ秒のサブパルスをパルス周波数変調することによって行われる。ヒータに供給されるピーク電力は４０ミリワットで、ヒータパルスの持続時間中の平均電力は、１１．５ミリワットである。この場合、サブパルス周波数は５Ｍｈｚである。この周波数は、印刷ヘッドの動作に有意な影響を与えずに、簡単に変化させることができる。もっと高いサブパルス周波数を使用すれば、ヒータに供給される電力をもっと細かく調整することができる。サブパルス周波数としては、１３．５Ｍｈｚが適当である。何故なら、この周波数はまた無線周波数の干渉（ＲＦＩ）の影響を最低限度に抑えるのに適しているからである。負の温度係数の表面張力を持つインク温度が下降するに従ってインクの表面張力が低下しなければならないという要件があるからといって、インクの選択が大きな制限を受けることはない。何故なら、大部分の純粋な液体および多くの混合液は、上記特性を持っているからである。任意の液体に対する表面張力対温度の関係を表す式はない。しかし、多くの液体に対しては、ラムザイとシールドの下記の経験式で十分である。但し、γ_Tは温度Ｔにおける表面張力であり、ｋは定数であり、Ｔ_cは液体の臨界温度であり、Ｍは液体の分子量であり、ｘは液体の結合の度合いであり、ρは液体の密度である。この式は、温度が液体の臨界温度に達すると、大部分の液体の表面張力はゼロに下がることを示している。大部分の液体の場合には、臨界温度は、大気圧の下での沸点よりかなり高い。そのため、実際の排出温度付近で、小さな温度変化で、表面張力が大きく変わるようなインクを作るには、界面活性剤の混合物を使用することを勧める。界面活性剤の選択は重要である。例えば、熱式インクジェットプリンタ用の水をベースとするインクは、多くの場合、表面張力を低下させ、急速に乾燥させるためにイソプロピルアルコール（２−プロパノール）を含んでいる。イソプロピルアルコールの沸点は、水の沸点より低い８２．４℃である。温度が上昇すると、アルコールは水より速く蒸発し、アルコールの濃度が低下し、表面張力が大きくなる。１−ヘクサノール（沸点：１５８℃）のような界面活性剤は、このような効果を抑えるために使用することができ、温度が上昇すると、表面張力を少し下げる。しかし、温度の上昇と共に表面張力が比較的大きく下がるということは、動作のラチチュードを最大にするために望ましいことである。大きな動作マージンを達成するには、好適には、３０℃以上の温度で、表面張力が２０ｍＮ／ｍだけ減少するのが好ましいが、一方、本発明の印刷ヘッドの動作を行うには、１０ｍＮ／ｍ程度の低い表面張力の低下を使用することができる。大きなΔγ_Tを持つインク温度上昇に従って、表面張力を大きく下げるには、いつくかの方法を使用することができる。そのような方法の中の二つを以下に説明する。１）インクは、周囲温度では固体だが、しきい値温度で溶解する界面活性剤の低濃度のゾルを含むことができる。粒子サイズは、１，０００Å以下のものが望ましい。水をベースとするインク用の界面活性剤の望ましい融点は、５０−９０℃ であり、好適には６０−８０℃であることが好ましい。２）インクは、転相温度（ＰＩＴ）が最高周囲温度より高いが、インクの沸点より低いオイル／水のマイクロ乳剤を含むことができる。安定状態に保持するために、マイクロ乳剤のＰＩＴは、好適には、インクが遭遇する最大非動作温度より２０℃またはそれ以上高いことが好ましい。約８０℃のＰＩＴが適当である。界面活性剤のゾルを含むインクインクを、必要な温度範囲で溶解する小さな粒子の界面活性剤のゾルとして調製することができる。上記界面活性剤のいくつかの例をあげると、下記の炭素数が１４−３０のカルボン酸等がある。粒子サイズが小さいゾルの融点は、普通バルク材料の融点より少し低いので、必要なインク粒子選択温度より少し高い融点を持つカルボン酸を選ぶのが好ましい。望ましい例としてはアラキジン酸がある。上記カルボン酸は、高純度、低価格で入手できる。必要な界面活性剤の量は、非常に少なくてすむので、インク以外のコストは問題にならないほど安い。鎖の長さが少しずつ違うカルボン酸を、ある温度範囲にわたって融点の範囲を広くするために使用することができる。そのような混合物のコストは、通常純粋な酸より安い。界面活性剤の選択範囲を、簡単な直鎖のカルボン酸だけに制限する必要はない。分岐した鎖またはフェニール基、または疎水部分を持っている界面活性剤を使用することができる。また、カルボン酸を使用する必要もない。多くの高い極性の部分は、界面活性剤の疎水性の終端部として適している。分散を助け、凝集を防止する目的で、界面活性剤の粒子の表面を帯電させるために、極性を持つ端部を水中でイオン化することが望ましい。カルボン酸の場合には、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムのようなアルカリを添加することにより、上記イオン化を行うことができる。界面活性剤ゾルを含むインクの調製界面活性剤ゾルは、別個に高濃度で調製することができ、必要な濃度でインクに添加することができる。界面活性剤ゾルを調製する例示としてのプロセスは下記の通りである。１）酸素を含まない空間内で、純化した水にカルボン酸を加える。２）混合物を、カルボン酸の融点以上に加熱する。水を沸騰させる。３）１００−１，０００Åの範囲の、通常の大きさのカルボン酸の小さな粒子が得られるまで、混合物に超音波を当てる。４）混合物を冷却する。５）混合物の頂部から大きな粒子を他に移す。６）ＮａＯＨのようなアルカリを加え、粒子の表面において、カルボン酸の分子をイオン化する。適当なｐＨは約８である。このステップは絶対に必要なものではないが、ゾルを安定させるのに役立つ。７）ゾルを遠心分離する。カルボン酸の密度は水より低いので、より小さな粒子が遠心分離機の外側に堆積し、大きな粒子が中心に集まる。８）５０００Å以上のすべての粒子を除去するために、微小な孔を持つフィルタを使用して、ゾルをろ過する。９）界面活性剤ゾルを、調製したインクに加える。ゾルの濃度は極めて薄いものであってよい。調製したインクも、染料または色素、殺菌剤、また静電インク粒子分離を使用した場合には、インクの電導性を高めるための薬剤、湿潤剤、および必要とした他の薬剤を含んでいる。泡消し剤は、一般に必要ではない。何故なら、インク粒子排出プロセス中にはバブルは形成されないからである。陽イオン性界面活性剤ゾル陰イオン性界面活性剤ゾルで調製したインクは、通常陽イオン性の染料または色素と一緒に使用するのには適していない。何故なら、陽イオン性の染料または色素は、陰イオン性の界面活性剤と一緒に使用すると、沈澱や凝集を起こすからである。陽イオン性の染料および色素を使用するためには、陽イオン性の界面活性剤ゾルが必要である。この目的のためには、アルキルアミン属が適している。以下の表にこの目的に適している種々のアルキルアミンを示す。陽イオン性界面活性剤ゾルの調製方法は、本質的には、ｐＨバランスを調製し、界面活性剤の粒子上の電荷を増大するために、アルカリの代わりに酸を使用するという点を除けば、陰イオン性界面活性剤ゾルを調製する方法と類似している。ＨＣｌを使用するｐＨ６が適当である。マイクロ乳剤をベースとするインクある種の温度しきい値である表面張力を大きく下げる他の方法は、マイクロ乳剤上のインクに基づく方法である。必要な排出しきい値温度付近に転相温度（ＰＩＴ）を持つマイクロ乳剤を選ぶ。ＰＩＴ以下の温度では、マイクロ乳剤は水中にオイルの形（Ｏ／Ｗ）になっているが、ＰＩＴ以上の温度では、マイクロ乳剤はオイルの中の水の形（Ｗ／Ｏ）になっている。温度が低い場合には、マイクロ乳剤を形成している界面活性剤は、オイルの周囲の曲率の高い表面に好んで集まり、温度がＰＩＴより有意に高い場合には、界面活性剤は水の周囲の曲率の高い表面に好んで集まる。温度がＰＩＴに近い場合には、マイクロ乳剤は、水とオイルとが位相的につながっている連続状態の「スポンジ」を形成する。表面張力を下げるには、二つのメカニズムがある。ＰＩＴ付近では、界面活性剤は、非常に曲率が低い表面に好んで集まる。その結果、界面活性剤の分子は、オイル乳剤の曲率より遥かに大きい曲率を持つインク／空気の界面に移動する。それにより、水の表面張力は下がる。温度が転相温度より高い場合には、マイクロ乳剤は、Ｏ／ＷからＷ／Ｏに変化し、そのためインク／空気の界面は水／空気からオイル／空気に変化する。オイル／空気の界面は、低い表面張力を持つ。マイクロ乳剤をベースとするインクは、非常に種々様々な方法で調製することができる。インク粒子を急速に排出する場合には、好適には、粘度の低いオイルを選択することが好ましい。多くの場合、適当な極性溶媒は水である。しかし、ある場合には、異なる極性溶媒が必要になる場合がある。これらの場合には、表面張力を大きく下げることができるように、表面張力の高い極性溶媒が選ばれる。転相温度が必要な範囲に収まるようにするために、界面活性剤を選ぶことができる。例えば、（Ｃ_nＨ_2n+1Ｃ₄Ｈ₆（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_mＯＨという一般化学式のポリ（オキシエチレン）アルキルフェニルエーテル（エトキシ化アルキルフェノール））を選ぶことができる。界面活性剤の親水性は、ｍを大きくすることによって増大させることができ、疎水性は、ｎを大きくすることによって増大させることができる。ｍの適当な数値は約１０であり、ｎの適当な数値は８である。市販の低コストの製剤は、種々の分子比の酸化エチレンとアルキルフェノールを重合させて製造される。これらの市販の製剤で十分であり、特定の数のオキシエチレン基を持つ非常に純粋な界面活性剤を使用する必要はない。この界面活性剤の化学式は、Ｃ₈Ｈ₁₇Ｃ₄Ｈ₆（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_nＯＨである（ｎの平均＝１０）。類似の界面活性剤は、オクトキシノール−１０、ＰＥＧ−１０オクチルフェニールエーテルおよびＰＯＥ（１０）オクチルフェニールエーテルを含む。ＨＬＢは１３．６であり、融点は７℃であり、曇り点は６５℃である。この界面活性剤の市販の製剤は、種々のブランド名で販売されている。次の表にメーカーおよびブランド名を示す。表に表示した界面活性剤は、大量に低価格（ポンド当たり１ドル以下）で入手することができ、５％の濃度の界面活性剤を含むマイクロ乳剤を調製する場合、１リットルに占めるコストは１０セント以下である。他の適当なエトキシ化アルキルフェニールとしては、以下に記載するものがある。マイクロ乳剤をベースとするインクは、表面張力が制御できる他に種々の利点を持つ。１）マイクロ乳剤は、熱力学的に安定で、分離しない。それ故、貯蔵期間が非常に長い。時々しか使用されない事務所用およびポータブル型のプリンタの場合には、このことは特に重要である。２）特定の粒子サイズのマイクロ乳剤を、容易に作ることができ、乳化したオイルの粒の大きさを確実に特定の範囲に制限するために、長くかき混ぜたり、遠心分離したり、ろ過する必要がない。３）インクに含まれているオイルの量を、非常に高くすることができるので、オイルにまたは水に溶ける染料、または両方に溶ける染料を使用することができる。また、特定の色を得るために、水に溶ける染料、オイルに溶ける他の染料の混合物を使用することもできる。４）オイルの微細な油滴に捕らわれたとき、オイルと混合することができる色素が、凝集するのを防止することができる。５）マイクロ乳剤を使用することによって、印刷媒体の表面で、種々の色の染料が混じり合うのを、少なくすることができる。６）マイクロ乳剤の粘度は、非常に低い。７）湿潤剤のための要件を緩やかにすることもできるし、無視することもできる。マイクロ乳剤をベースとするインクの染料および色素水の混合物のオイルの含有量を、４０％まで増やすことができ、それでもＯ／Ｗマイクロ乳剤を形成することができる。そうすることにより、染料および顔料の含有量を増やすことができる。染料と顔料の混合物を使用することができる。染料と顔料の両方を含むマイクロ乳剤をベースとする一例を以下に示す。１）水７０％２）水溶性染料５％３）界面活性剤５％４）オイル１０％５）オイルと混合できる顔料１０％下記の表は、使用することができるマイクロ乳剤のオイル相および水相内の着色剤の九つの基本的な組み合わせを示す。着色剤を含まない、９番目の組み合わせは、透明なコーティング、紫外線インクおよび選択的グロスハイライトに印刷する際に役に立つ。多くの染料は両親媒性であるので、オイルと水の境界層に大量の染料も溶かすことができる。何故なら、この層は非常に広い表面積を持っているからである。また、各相に複数の染料と顔料を含ませることもできるし、各相に染料と顔料の混合物を含ませることもできる。複数の染料または顔料を使用する場合には、調製されたインクの吸収スペクトルは、使用したいくつかの着色剤の吸収スペクトルの加重平均になる。それにより二つの問題が生じる。１）両方の着色剤の吸収ピークが平均されると、吸収スペクトルは広くなる傾向がある。そうなると、色が「濁る」傾向を示す。輝かしい色を出したい場合には、人間の視覚に感じる色に頼るだけではなく、その吸収スペクトルに基づいて、染料および顔料を注意深く選択しなければならない。２）インクの色は、基質が異なると違って見えることがある。染料と顔料とを組み合わせて使用すると、吸収力の高い紙の上に印刷したインクの色に対する染料の色の影響が、低くなる傾向がある。何故なら、染料は紙に吸収されるが、顔料は「吸収されずに、紙の表面に留まる」傾向があるからである。これはいくつかの状況においては有利なものとして使用することができる。インク粒子選択温度範囲にクラフト点を持つ界面活性剤イオン性の界面活性剤の場合には、それ以下の温度では溶解性が非常に低いある温度（クラフト点）があり、溶液は本質的にミセルを含んでいない。クラフト温度点以上の温度においては、ミセルが形成されるようになり、界面活性剤の溶解性が急速に増大する。臨界ミセル濃度（ＣＭＣ）が、特定の温度で界面活性剤の溶解性を超えると、どちらかといえば、ＣＭＣのところで溶解性が最大になるところで、表面張力が最小になる。界面活性剤は、通常クラフト点以下の温度では効果が非常に低くなる。この性質は、温度が上昇した場合、表面張力を下げるのに使用することができる。室温の場合には、界面活性剤の一部だけが溶ける。ノズルヒータをオンにすると、温度が上昇し、もっと多くの界面活性剤が溶け、表面張力を下げる。インクの温度が到達する温度範囲の一番高い温度付近にクラフト点がある、界面活性剤を選ぶべきである。そうすることにより、室温での溶液中の界面活性剤の濃度と、インク粒子選択温度における溶液中の界面活性剤の濃度との間の、マージンを最大にすることができる。界面活性剤の濃度は、クラフト点におけるＣＭＣに、ほぼ等しいものでなければならない。このようにすることにより、表面張力の低下が、上昇した温度において最大になり、室温において最小になる。下記の表は、クラフト点が必要とする温度範囲にある市販のいくつかの界面活性剤を示す。インク粒子選択温度範囲内に、曇り点を持つ界面活性剤ポリオキシエチレン（ＰＯＥ）鎖を使用する非イオン性界面活性剤は、温度が上昇するにつれて、表面張力が低下するインクを調製するのに使用することができる。温度が低い場合には、ＰＯＥ鎖は親水性で、界面活性剤は溶液の状態になっている。温度が上昇するにつれて、分子のＰＯＥ部分の周囲に形成された水は分裂し、ＰＯＥ部分は疎水性になる。温度が高くなればなるほど、界面活性剤はますます水に溶け難くなり、その結果、空気／インク界面の界面活性剤の濃度が増大し、それにより表面張力が下がる。非イオン性界面活性剤のＰＯＥ部分が親水性になる温度は、その界面活性剤の曇り点と関連している。ＰＯＥ鎖それ自身は、特に適してはいない。何故なら、曇り点は一般に１００℃より高いからである。低温における疎水性を増大しないでＰＯＥ鎖の曇り点を下げるために、ポリオキシプロピレン（ＰＯＰ）を、ＰＯＥ／ＰＯＰブロックコポリマーのＰＯＥと、結合させることができる。下記の二つの主な形状を持つ対称的なＰＯＥ／ＰＯＰコポリマーを入手することができる。１）（一般的に、ＣＡＳ９００３−１１−６）であるポロクサマクラスの界面活性剤のような、分子の末端部にＰＯＥ部分を持ち、中心部にＰＯＰ部分を持つ界面活性剤２）（一般的にＣＡＳ９００３−１１−６）であるメロクサポールクラスの界面活性剤のような、分子の末端部にＰＯＰ部分を持ち、中心部にＰＯＥ部分をもつ界面活性剤下記の表に、室温で高い表面張力を持ち、曇り点が４０℃以上１００℃以下である種々のポロクサメールおよびメロクサポールのうちのいくつかを示す。他の種類のポロクサメールおよびメロクサポールは、周知の技術により容易に合成することができる。望ましい特性は、室温での表面張力ができるだけ高いこと、曇り点が４０−１００℃の範囲にあり、好適には６０−８０℃の範囲にあることである。ｘおよびｚの平均が約４であり、ｙの平均が約１５である種々のメロクサポール[ＨＯ(ＣＨＣＨ₃ＣＨ₂Ｏ)_x(ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ)_y(ＣＨＣＨ₃ＣＨ₂Ｏ)₂ＯＨ]が適している。インクの電導性を高めるために塩を使用する場合には、界面活性剤の曇り点に対する塩の影響を考慮しなければならない。ＰＯＥの曇り点は、（Ｉ^-のような）水の構造を破壊するイオンによって高くなり、それによりＰＯＥ酸素の孤立したペアと水素結合を形成するのに使用できる、水の分子の数がさらに増える。ＰＯＥ界面活性剤の曇り点は、（Ｃｌ^-、ＯＨ^-のような）水構造を形成するイオンによって下がる。水素結合を形成するのに使用できる水の分子の数が少なくなるからである。臭化物イオンは比較的弱い効果しか持っていない。ブロックコポリマー界面活性剤のＰＯＥ鎖およびＰＯＰ鎖の長さを変えることにより、また電導性を高くするために添加される塩（例えば、Ｃｌ^-，Ｂｒ^-、Ｉ^-）を変えることによって、インクの組成を、必要な温度に合わせて「調製」することができる。ＮａＣｌは、価格も安く、毒性もないので、インクの電導性を高めるには、最適の塩であるように思われる。ＮａＣｌは、非イオン性界面活性剤の曇り点を少し下げる。高温溶融インクインクは室温で液体である必要はない。印刷ヘッドおよびインクタンクをインクの融点以上に加熱することにより、固体の「高温溶融」インクを使用することができる。高温溶融インクは、溶融したインクの表面張力が温度が上昇するに従って下がるように調製しなければならない。ワックスおよび他の物質を使用する多くの上記調剤の表面張力は、約通常２ｍＮ／ｍ下がる。しかし、粘度の減少よりも表面張力の減少を使用する場合には、良い動作マージンを得るためには、表面張力の低下は約２０ｍＮ／ｍであることが望ましい。静止状態の温度とインク粒子選択温度との間の温度差は、水をベースとするインクの場合よりも、高温溶融インクの場合のほうが大きい場合がある。何故なら、水をベースとするインクは水の沸点によって制限を受けるからである。インクは静止温度で液体でなければならない。静止温度は、印刷されたページがなるかもしれない最高の周囲温度より高くなければならない。静止温度は、また印刷ヘッドを加熱するのに要する電力を少なくし、静止温度とインク粒子排出温度との間のマージンを最大にするために、できるだけ低くなければならない。他の温度も使用することができるが、適当な静止温度は、一般に６０−９０℃の範囲の温度である。また一般に、適当なインク粒子排出温度は、１６０−２００ ℃の範囲の温度である。温度が上昇するにつれて表面張力を低下を促進するには、いくつかの方法がある。１）融点が静止温度より実質的に高いが、インク粒子排出温度より実質的に低い界面活性剤の分散している微小な粒子を、液相で高温溶融インクに添加することができる。２）極性および非極性化合物両方の融点より、好適には少なくとも２０℃高いＰＩＴを持つ極性／非極性マイクロ乳剤温度が上昇するにつれて表面張力を大きく下げるには、静止温度の時に、高温溶融インクキャリヤが比較的高い表面張力（３０ｍＮ／ｍ以上）を持っていることが望ましい。この条件だと、ワックスのようなアルカン類は除外される。適当な材料は、一般に強い分子間引力を持っているが、この分子間引力は、例えば、融点が８８℃であるヘクサンテトロールのようなポリオールのような多重水素結合によるものである。種々の溶液の表面張力の低下図３（ｄ）は、下記の添加剤を含む種々の水性調剤の表面張力に対する測定効果を示す。１）アテアリン酸の０．１％ゾル２）パルミチン酸の０．１％ゾル３）プルロン酸１０Ｒ５の０．１％溶液（商標：ＢＡＳＦ）４）プルロン酸Ｌ３５の０．１％溶液（商標：ＢＡＳＦ）５）プルロン酸Ｌ４４の０．１％溶液（商標：ＢＡＳＦ）本発明の印刷システムに適するインクは、その開示内容が参考文献として本明細書に記載されている下記のオーストラリア特許明細書に開示されている。「マイクロ乳剤に基づくインク組成物」（１９９５年９月６日出願、出願番号：ＰＮ５２２３）「界面活性剤ゾルを含むインク組成物」（１９９５年９月６日出願、出願番号：ＰＮ５２２４）「インク粒子選択温度ゾルに近いクラフト点を持つ、ＤＯＤプリンタ用のインク組成物」（１９９５年１０月３０日出願、出願番号：ＰＮ６２４０）「マイクロ乳剤をベースとする、インクの染料および顔料」（１９９５年１０月３０日出願、出願番号：ＰＮ６２４１）粘度の低下を使用する動作二番目の例として、高温溶融インクと組み合わせて、粘度の熱的低下および近接インク粒子選択を使用する実施形態の動作を以下に説明する。プリンタを作動する前に、インクタンク６４内で固体のインクの溶融が行われる。インクタンク、印刷ヘッドへのインクの通路、インクチャネル７５および印刷ヘッド５０は、インク１００が液状になっているが、比較的粘度が高い（例えば、約１００ｃＰ）状態に保持される温度に保たれる。インク１００は、インクの表面張力によりノズル中に保持される。インク１００は、温度が上昇するにつれて粘度が下がるように調製される。インク圧は、ノズルからのインク粒子排出周波数の整数倍の周波数で変動する。インク圧が変動するので、ノズルチップのインクのメニスカスは変動するが、インクの粘度が高いのでこの変動は小さい。通常の動作温度では、この変動はインク粒子を分離させるには不十分な振幅しか持っていない。ヒータ１０３をオンにすると、選択されたインク粒子を形成するインクが加熱され、粘度が好適には５ｃＰ以下であることが好ましい数値まで下がる。粘土が低下すると、その結果として、インク圧サイクルの高圧部分の間に、インクのメニスカスはさらに移動する。記録媒体５１は、選択されたインク粒子が、記録媒体５１に接触するには印刷ヘッド５０に十分に近接して配置されているが、選択されなかったインク粒子が、記録媒体５１に接触しないように、十分な距離を置いて設置されている。記録媒体５１と接触すると、選択されたインク粒子の一部がフリーズし、記録媒体に付着する。インク圧が下がると、インクはノズルに戻り始める。インク本体は記録媒体上にフリーズするインクから分離している。その後、ノズルチップのインク１００のメニスカスは、低い変動振幅に戻る。残りの熱がバルクインクおよび印刷ヘッドに逃げるので、インクの粘度は静止時のレベルまで上がる。一つのインク粒子が選択され、分離され、各ヒートパルス毎に記録媒体５１上に点を形成する。ヒートパルスは電気的に制御されているので、ドロップオンデマンドインクジェット動作を行うことができる。印刷ヘッドの製造本発明のモノリシック印刷ヘッドの製造プロセスは、その開示内容が参考文献として本明細書に記載されている、１９９５年４月１２日出願の下記のオーストラリア特許明細書に記載されている。「モノリシックＬＩＦＴ印刷ヘッド」（出願番号：ＰＮ２３０１）「モノリシックＬＩＦＴ印刷ヘッド用の製造プロセス」（出願番号：ＰＮ２３０２）「ＬＩＦＴ印刷ヘッド用の自己整合ヒータ」（出願番号：ＰＮ２３０３）「集積４色ＬＩＦＴ印刷ヘッド」（出願番号：ＰＮ２３０４）「モノリシックＬＩＦＴ印刷ヘッドでの電力要件の軽減」（出願番号：ＰＮ２３０５）「異方性ウエットエッチングを使用する、モノリシックＬＩＦＴ印刷ヘッドのための製造プロセス」（出願番号：ＰＮ２３０６）「モノリシックドロップオンデマンド印刷ヘッドへのノズルの設置」（出願番号：ＰＮ２３０７）「モノリシックＬＩＦＴ印刷ヘッド用のヒータ構造体」（出願番号：ＰＮ２３４６）「モノリシックＬＩＦＴ印刷ヘッド用の電源接続」（出願番号：ＰＮ２３４７）「近接ＬＩＦＴ印刷ヘッド用の外部接続」（出願番号：ＰＮ２３４８）「モノリシックＬＩＦＴ印刷ヘッド用の自己整合製造プロセス」（出願番号：ＰＮ２３４９）「ＬＩＦＴ印刷ヘッドのＣＭＯＳプロセス互換製造」（１９９５年９月６日出願、出願番号：ＰＮ５２２２）「ノズルリムヒータ付き、ＬＩＦＴ印刷ヘッド用の製造プロセス」（１９９５年１０月３０日出願、出願番号：ＰＮ６２３８）「モジューラＬＩＦＴ印刷ヘッド」（１９９５年１０月３０日出願、出願番号：ＰＮ６２３７）「印刷ノズルのパッキング密度を増大する方法」（１９９５年１０月３０日出願、出願番号：ＰＮ６２３６）「同時にプリントされるインク粒子間の低減静電相互作用のノズル分散」（１９９５年１０月３０日出願、出願番号：ＰＮ６２３９）印刷ヘッドの制御本発明のページイメージデータを供給し、印刷ヘッドのヒータ温度を制御する方法は、その開示内容が参考文献として本明細書に記載されている、１９９５年４月１２日出願の下記のオーストラリア特許明細書に記載されている。「ＬＩＦＴ印刷ヘッドの集積駆動回路」（出願番号：ＰＮ２２９５）「液体インク故障許容（ＬＩＦＴ）印刷用のノズル清掃手順」（出願番号：ＰＮ２２９４）「ＬＩＦＴ印刷システムの温度に対するヒータ電力補償」（出願番号：ＰＮ２３１４）「ＬＩＦＴ印刷システムの熱的遅れに対するヒータ電力補償」（出願番号：ＰＮ２３１５）「ＬＩＦＴ印刷システムの印刷密度に対するヒータ電力補償」（出願番号：ＰＮ２３１６）「印刷ヘッドの温度パルスの正確な制御」（出願番号：ＰＮ２３１７）「モノリシックＬＩＦＴ印刷ヘッドのデータ分配」（出願番号：ＰＮ２３１８）「ＬＩＦＴ印刷システム用のページイメージおよび故障許容ルーティング装置」（出願番号：ＰＮ２３１９）「ＬＩＦＴ印刷ヘッド用の取り外し可能な圧力下の液体インクカートリッジ」（出願番号：ＰＮ２３２０）印刷ヘッド用のイメージ処理本発明の印刷システム一つの目的は、オフセット印刷を使用して印刷した、人々が高品質のカラー刊行物で見慣れているのと、同じ高品質の印刷を行うことである。この目的は、約１，６００ｄｐｉの印刷解像度を使用することによって、達成することができる。しかし、１，６００ｄｐｉ印刷は、印刷が難しく、高価である。シアンおよびマジェンタに対して、ピクセル当たり２ビットを使用し、黄および黒に対してピクセル当たり１ビットを使用して、８００ｄｐｉ印刷を使用すれば、同じような高品質の印刷を行うことができる。本明細書では、このカラーモデルをＣＣ’ＭＭ’ＹＫと呼ぶ。高品質のモノクロイメージの印刷が必要な場合には、黒に対して、ピクセル当たり２ビットを使用することができる。本明細書では、このカラーモデルをＣＣ’ＭＭ’ＹＹＫ’と呼ぶ。本発明のシステムおよび他の印刷システムに適するカラーモデル、ハーフトーン化、データ圧縮、およびリアルタイム拡張システムは、その開示内容が参考文献として、本明細書に記載されている、１９９５年４月１２日出願の下記のオーストラリア特許明細書に記載されている。「２レベルカラー印刷用の４レベルインクセット」（出願番号；ＰＮ２３３９）「ページイメージ用の圧縮システム」（出願番号：ＰＮ２３４０）「圧縮ページイメージ用のリアルタイム拡張装置」（出願番号：ＰＮ２３４１）「ディジタルカラープリンタ用の大容量圧縮文書イメージ」（出願番号：ＰＮ２３４２）「テキスト存在中の改良ＪＰＥＧ圧縮」（出願番号：ＰＮ２３４３）「圧縮ページイメージ用の拡張およびハーフトン化装置」（出願番号：ＰＮ２３４４）「イメージのハーフトーン化の改良」（出願番号：ＰＮ２３４５）本発明の印刷ヘッドを使用する出願本発明の印刷装置および方法は、下記の広い範囲の用途に適しているが、（これに限定されない）。オフィスでのカラーおよびモノクロ印刷；短期間のディジタル印刷；高速ディジタル印刷；プロセスカラー印刷；スポットカラー印刷；オフセットプレス補足印刷；走査印刷ヘッドを使用する低コストプリンタ；ページ幅の印刷ヘッドを使用する高速プリンタ；ポータブル型のカラーおよびモノクロプリンタ；カラーおよびモノクロ複写機；カラーおよびモノクロファクシミリ；プリンタ、ファクシミリおよび複写機一体型マシン；ラベル印刷；大型書式プロッタ；写真複写；ディジタル写真処理用プリンタ；ディジタル「インスタント」カメラに組み込まれたポータブルプリンタ；ビデオ印刷；光学ＣＤイメージの印刷；「個人用ディジタルアシスタント」用ポータブルプリンタ；壁紙印刷；室内看板印刷；掲示板印刷；および布地印刷本発明の印刷システムは、その開示内容が参考文献として、本明細書に記載されている、１９９５年４月１２日出願の下記のオーストラリア特許明細書に記載されている。「大容量ディジタルページイメージ記憶装置を備えた、オフィス用高速カラープリンタ」（出願番号：ＰＮ２３２９）「大容量ディジタルページイメージ記憶装置を備えた、短期間ディジタルカラープリンタ」（出願番号：ＰＮ２３３０）「ＬＩＦＴ印刷技術を使用するディジタルカラー印刷機」（出願番号：ＰＮ２３３１）「モジュラディジタル印刷機」（出願番号：ＰＮ２３３２）「高速ディジタル布地プリンタ」（出願番号：ＰＮ２３３３）「カラー写真コピーシステム」（出願番号：ＰＮ２３３４）「ＬＩＦＴ印刷システムを使用する、高速カラー写真複写機」（出願番号：ＰＮ２３３５）「ＬＩＦＴ印刷技術を使用する、ポータブルカラー写真複写機」（出願番号：ＰＮ２３３６）「ＬＩＦＴ印刷技術を使用する、写真処理システム」（出願番号：ＰＮ２３３７）「ＬＩＦＴ印刷システムを使用する、普通紙ファクシミリ」（出願番号：ＰＮ２３３８）「内蔵プリンタ付きの写真ＣＤシステム」（出願番号：ＰＮ２２９３）「ＬＩＦＴ印刷技術を使用する、カラープロッタ」（出願番号：ＰＮ２２９１）「内蔵ＬＩＦＴ印刷システムを備えた、ノートブックコンピュータ」（出願番号：ＰＮ２２９２）「ＬＩＦＴ印刷システムを使用する、ポータブルプリンタ」（出願番号：ＰＮ２３００）「オンラインデータベース質問、およびカスタム化されたマガジン印刷付きのファクシミリ」（出願番号：ＰＮ２２９９）「ミニアチュアポータブルカラープリンタ」（出願番号：ＰＮ２２９８）「ＬＩＦＴ印刷システムを使用する、カラービデオプリンタ」（出願番号：ＰＮ２２９６）「ＬＩＦＴ印刷システムを使用する、内蔵プリンタ、複写機、スキャナおよびファクシミリ」（出願番号：ＰＮ２２９７）環境条件に対する印刷ヘッドの補償ドロップオンデマンド印刷システムのインク粒子は、一定で予測することができる大きさと位置を持っていることが望ましい。インク粒子の大きさおよび位置が不必要な変動を起こすと、それにより印刷の光学的密度が変動し、目に映る印刷の品質が劣化する。上記変動は通常のインク粒子の量およびピクセルの間隔に関して、それぞれ小さなものでなければならない。多くの環境変数の影響を無視することができる程度にまで低減するために、多くの環境変数を補償することができる。ノズルヒータに供給される電力を変化させることによって、いくつかの要因の能動的補償を行うことができる。印刷ヘッドの一実施形態の最適温度分布は、ノズルチップの能動領域の温度を排出温度へ瞬間的に上昇させること、パルスの持続期間中、この領域の温度をインク粒子排出温度に維持すること、この領域の温度を周囲温度まで瞬間的に下げることに影響を与える。この最適な温度分布は、本発明のノズルの製造に使用されている種々の材料の蓄積熱容量および熱伝導性のために達成することができない。しかし、印刷ヘッドの有限要素シミュレーションを反復修正することによって得ることができる曲線を使用して、電力パルスを整形することにより、性能を改善することができる。ヒータに供給される電力は、下記のものを含むが、それに限定されない種々の技術によって、時間変化させることができる。１）ヒータに供給される電圧の変化２）一連の短いパルスの幅の変調（ＰＷＭ）３）一連の短いパルスの周波数の変調（ＰＦＭ）正確な結果を得るためには、自由面のモデル化による遷移流体動的シミュレーションを行う必要がある。何故なら、インク内の対流およびインクの流れが、特定の電力曲線により達成した温度に有意の影響を与えるからである。印刷ヘッド基板上に適当なディジタル回路を組み込むことによって、各ノズルに供給される電力を実際に個々に制御することができる。この制御を行う一つの方法は、印刷ヘッドチップを横切って、種々の異なるディジタルパルストレインを「広く伝播し」、多重化回路を使用して、各ノズルに対して適当なパルストレインを選択するという方法である。以下の「環境要因に対する補償」表に、補償することができる環境要因の一例を示す。この表は、（合成多重チップ印刷ヘッド内の各チップに対して）チップ毎、およびノズル毎の、（印刷ヘッド全体に対して）どの環境要因が全体として最もよく補償することができるかを示す。大部分の用途の場合、これら変数全体を補償する必要はない。ある変数の持つ影響は少なく、非常に高いイメージの品質が必要な場合にだけ、補償する必要がある。印刷ヘッド駆動回路図４は、本発明の印刷ヘッド駆動回路の一例の電子的動作を示す概略のブロック図である。この制御回路は、ヒータ電力を変調するために印刷ヘッドに供給される電源電圧をアナログ変調しているが、各ノズルに加えられる電力の個々の制御は行わない。図４は、ＣＣ’ＭＭ’ＹＫカラーモデルを使用して、プロセスカラーを印刷する８００ｄｐｉページ幅印刷ヘッドを使用する、システムのブロック図を示す。印刷ヘッド５０は、全部で７９、４８８のノズルを持ち、そのうち３９、７４４は主ノズルであり、３９，７４４は冗長ノズルである。主ノズルおよび冗長ノズルは、六つの色に分けられ、各色は８の駆動相に分けられる。各駆動相は、ヘッド制御ＡＳＩＣ４００からのシリアルデータを、ヒータ駆動回路をイネーブルするためのパラレルデータに変換する、シフトレジスタを持つ。全部でシフトレジスタの数は９６であり、各シフトレジスタは、８２８のノズルに対してデータを供給する。各シフトレジスタは、８２８のシフトレジスタ段２１７からなり、その出力は、ＮＡＮＤゲート２１５によって、相イネーブル信号と論理的に論理積される。ＮＡＮＤゲート２１５の出力は、反転用バッファ２１６を駆動し、反転バッファは、駆動トランジスタ２０１を制御する。駆動トランジスタ２０１は、電熱ヒータ２００を作動させるが、この電熱ヒータとしては、図１（ｂ）に示すヒータ１０３を使用することができる。イネーブルパルス中、シフトしたデータを有効に維持するには、シフトレジスタへのクロックを停止し、イネーブルパルスがクロックストッパ２１８により能動状態になる。図面を簡単にするために、このクロックストッパは単一のゲートで図示してあるが、好適には、任意の範囲の周知のグリッチを起こさないクロック制御回路であることが好ましい。シフトレジスタのクロックを停止させることは、印刷ヘッド内のパラレルデータラッチの必要性をなくすが、ヘッド制御ＡＳＩＣ４００内の制御回路が少し複雑になる。データは、故障状態バスの適当な信号の状態次第で、データルータ２１９によって、主ノズルまたは冗長ノズルのどちらかに送られる。図４に示す印刷ヘッドは、単純化したもので、ブロック故障許容のような生産性を改善するための種々の手段は図示されていない。異なる構成の印刷ヘッド用の駆動回路は、本明細書に開示してある装置から容易に作ることができる。記録媒体上に印刷するドットのパターンを表すディジタル情報は、図１（ａ）のイメージメモリ７２と同じものであってもよい、ページまたはバンドメモリ１５１３内に記憶される。単色のドットを表す３２ビット語内に含まれるデータは、アドレスマルチプレクサ４１７によって選ばれたアドレスおよびメモリインタフェース４１８が発生した制御信号により、ページまたはバンドメモリ１５１３から読み出される。上記アドレスは、アドレス発生装置４１１により発生し、このアドレス発生装置は、「パーカラー回路」４１０の一部を形成し、６色の構成部分のそれぞれに対して一つの回路が使用されている。アドレスは、印刷ヘッドに対するノズルの位置に基づいて発生する。ノズルの相対的な位置は、印刷ヘッドが異なると違ってくるので、アドレス発生装置４１１は、好適にはプログラム可能であることが好ましい。アドレス発生装置４１１は、通常主ノズルの位置に対応するアドレスを発生する。しかし、欠陥のあるノズルがある場合には、欠陥を持つノズルのブロックの位置を、欠陥マップＲＡＭ４１２内にマークすることができる。欠陥マップＲＡＭ４１２は、ページが印刷されるときに読み出される。メモリがノズルのブロックに欠陥があることを示している場合には、アドレス発生装置４１１が、冗長ノズルの位置に対応するアドレスを発生するように、アドレスの変更が行われる。ページまたはバンドメモリ１５１３から読みき出されたデータは、ラッチ４１３によりタッチされ、マルチプレクサ４１４によって四つのシーケンシャルなバイトに変換される。これらのバイトのタイミングは、ＦＩＦＯ４１５により、他の色を表すデータのタイミングと整合するように調整される。その後、このデータは、バッファ４３０によりバッファされ、印刷ヘッド５０への４８ビットの主データバスを形成する。印刷ヘッドが、ヘッド制御ＡＳＩＣから比較的遠い場所に位置している場合、データはバッファされる。欠陥マップＲＡＭ４１２からのデータも、ＦＩＦＯ４１６に対する入力を形成する。このデータのタイミングは、ＦＩＦＯ４１５のデータ出力と整合され、バッファ４３１によってバッファされ、欠陥状態バスを形成する。プログラム可能な電源３２０は、印刷ヘッド５０に対して電力を供給する。電源３２０の電圧は、ＲＡＭとＤＡＣとの組み合わせ（ＲＡＭＤＡＣ）３１６の一部を形成している、ＤＡＣ３１３によって制御される。ＲＡＭＤＡＣ３１６は、二重ポートＲＡＭ３１７を含む。二重ポートＲＡＭ３１７の内容は、マイクロコントローラ３１５によってプログラムされる。温度は、二重ポートＲＡＭ３１７の内容を変更することによって補償される。上記数値は、熱センサ３００によって感知された温度に基づいて、マイクロコントローラ３１５によって計算される。熱センサ３００からの信号は、アナログ−ディジタルコンバータ（ＡＤＣ）３１１に送られる。ＡＤＣ３１１は、好適にはマイクロコントローラ３１５内に設置することが好ましい。ヘッド制御ＡＳＩＣ４００は、熱的遅れ補償および印刷密度に対する制御回路を含む。熱的遅れの補償を行うには、ヘッド５０への電源電圧は、ヒータに対するイネーブルパルスと同期している急速な時変電圧でなければならない。このことは、上記電圧を発生するためのプログラム可能な電源３２０を、プログラムすることによって行われる。アナログ時変プログラミング電圧は、二重ポートＲＡＭ３１７から読み出されたデータに基づいて、ＤＡＣ３１３が発生する。データは、カウンタ４０３が発生したアドレスに従って読み出される。カウンタ４０３は、一つのイネーブルパルスの周期の間に、アドレスの一つの完全なサイクルを発生する。同期は確実に行われる。何故なら、カウンタ４０３は、システムクロック４０８によってクロック制御され、カウンタ４０３の最大の数値はイネーブルカウンタ４０４を、クロック制御するのに使用されるからである。その後、イネーブルカウンタ４０４からのカウントは、デコーダ４０５によって解読され、バッファ４３２によってバッファされ、ヘッド５０に対するイネーブルパルスが発生する。カウントの状態の数が、一つのイネーブルパルス中のクロック周期の数より少ない場合には、カウンタ４０３が、プリスケーラを含む場合がある。ヒータの熱的遅れを正確に補償するには、１６の電圧状態を使用するのが適当である。上記１６の電圧状態は、カウンタ４０３と二重ポートＲＡＭ３１７との間の、４ビットの接続を使用して指定することができる。しかし、これらの１６の電圧状態は、時間間隔を直線的にとることはできない。これら電圧状態の時間的間隔を非直線的にしてもよいように、カウンタ４０３は、自らが非直線的にカウントすることができるように、ＲＯＭまたは他の装置を含むことができる。他の方法としては、１６以下の電圧状態を使用することもできる。印刷密度を補償するために、各イネーブル周期中に、（「オン」ピクセル）インク粒子が印刷されるピクセルの数をカウントして、印刷密度が検出される。「オン」ピクセルは、オンピクセルカウンタ４０２によってカウントされる。８のイネーブル相のそれぞれに対して、一つのオンピクセルカウンタ４０２が使用される。本発明の印刷ヘッド内のイネーブル位相の数は、設計によって異なる。イネーブル位相の数は２の累乗である必要はないが、４、８および１６が便宜上使用される。オンピクセルカウンタ４０２は、１ニブルのデータのビットの中のいくつがオンになっているかを判断する、組み合わせ論理ピクセルで構成することができる。その後、この数字は、加算器４２１およびアキュミュレータ４２２によって累算される。ラッチ４２３は、イネーブルパルスの持続時間中、累算された数値を有効に保持する。マルチプレクサ４０１は、イネーブルカウンタ４０４によって決定された、現在のイネーブル相に対応するラッチ４２３の出力を選択する。マルチプレクサ４０１の出力は、二重ポートＲＡＭ３１７の一部を形成する。「オン」ピクセルの数の正確なカウントは必要ではなく、このカウントの最上位の四つのビットで十分である。熱的遅れ補償アドレスの４ビットと、印刷密度補償アドレスの４ビットとを組み合わせるということは、二重ポートＲＡＭ３１７は、８ビットのアドレスを持つことを意味する。このことは、二重ポートＲＡＭ３１７は、二次元のアレーである２５６の数字を含むことを意味する。これら二つの次元は、（熱的遅れ補償に対する）時間と、印刷密度である。第三の次元、温度を含めることもできる。印刷ヘッドの周囲温度は、ゆっくりとしか変化しないので、マイクロコントローラ３１５は、現在の温度で熱的遅れおよび印刷密度を補償する２５６の数字のマトリックスを計算するのに十分な時間がある。周期的に（例えば、１秒間に数回）、マイクロコントローラは、現在の印刷ヘッドの温度を感知し、このマトリックスを計算する。印刷ヘッド５０へ送られるクロックは、ヘッドクロック発生装置４０７によって、システムクロック４０８から作られ、バッファ４０６によってバッファされる。ヘッド制御ＡＳＩＣの試験を容易にするために、ＪＴＡＧ試験回路４９９を設置することができる。熱的インクジェット技術との比較「熱的インクジェットと本発明との比較」の表には、本発明による印刷の種々の態様と熱的インクジェット印刷技術との比較が行われている。本発明と熱的インクジェット技術とを直接比較したのは、両方とも熱的アクチュエータおよび液体インクを使用して動作するドロップオンデマンドシステムであるからである。両者は類似しているように見えるが、二つの技術は異なる原理により動作している。熱的インクジェットプリンタは、下記の基本的な動作原理を使用している。電気抵抗加熱により発生した熱インパルスにより、液体インク中にバブルが突発的に形成される。急速で継続的なバブルは、インクを過熱することによって形成され、その結果、バブルの形成が完了する以前に十分な熱がインクに伝えられる。水をベースとするインクの場合には、インクの温度は約２８０−４００℃でなければならない。バブルが形成されると、圧力波が発生し、この圧力波によりインク粒子は高速で開口から落下する。その後、バブルは壊れ、インクタンクから流れ出るインクによりノズルは再び満たされる。ノズルの密集度が高く、信頼度の高いＩＣ製造技術の使用により、熱インクジェット印刷は商業的に非常な成功を収めた。しかし、熱インクジェット印刷技術は、多くの部分を精密に製造しなければならないとか、装置の歩留まり、イメージの解像度、「ペッパー」ノイズ、印刷速度、駆動トランジスタ電力、無駄な電力消費、余分なインク粒子の形成、熱応力、不均一な熱膨張、キャビテーション、修正拡散およびインク調整が難しいことなどのかなり困難な技術的な問題に当面することになる。本発明の印刷は、熱インクジェット印刷の多くの利点を持ち、熱インクジェット技術の特有の問題の多くを完全または実質的に解決している。歩留まりおよび故障許容ほとんどの場合、製造時に完全に機能しない時には、モノリシック集積回路は修理することができない。ウェーハから生産される動作装置の動作する百分率を歩留まりと呼ぶ。歩留まりは製造コストに直接影響する。歩留まりが５％の装置は、歩留まりが５０％である同じ装置と比較すると、その生産コストは１０倍である。歩留まりの測定法は多きく分けて三つある。１）製造歩留まり２）ウェーハ選別歩留まり３）最終試験歩留まり大型のダイの場合は、全歩留まりに最も重大な影響を持つ、ウェーハ選別歩留まりが通常使用される。本発明の全ページ幅カラー印刷ヘッドは、通常のＶＬＳＩ回路と比較すると非常に大きい。ウェーハ選別歩留まりがよいということが、上記印刷ヘッドの製造のコストパフォーマンスに非常に重要なことである。図５は、本発明のモノリシック全幅カラーＡ４ヘッドの実施形態の、ウェーハ選別歩留まり対欠陥密度のグラフである。この印刷ヘッドは、長さが２１５ミリ、幅が５ミリである。非故障許容歩留まり１９８は、広く使用されている歩留まり予測法であるマーフィー法を使用して計算する。欠陥密度が、１平方センチ当たりの欠陥が一つであるという場合には、マーフィー法による歩留まりの予測は１％以下である。このことは製造した印刷ヘッドの中の９９％を廃棄しなければならないことを意味する。このような低い歩留まりは非常に望ましくない。何故なら、印刷ヘッドの製造コストは、非常に高いからである。マーフィー法は、欠陥の不均一の分布の影響を近似する。図５は、また欠陥クラスタ化係数の導入により、欠陥の集合をはっきりとモデル化する非故障許容歩留まり１９７のグラフである。欠陥クラスタ化係数は、製造の際に制御することができるパラメータではなく、製造プロセスに特有なものである。製造プロセスに関する欠陥クラスタ化係数は、約２であると予想することができ、この場合、歩留まりの予測部分はマーフィー法とよく一致する。歩留まりが低い場合の解決法は、チップ上に、欠陥のある機能ユニットと交換するために使用する、冗長機能ユニットを設置することによって、故障許容を導入する方法である。メモリチップおよび大部分のウェーハスケール集積（ＷＳＩ）装置の場合には、チップ上の冗長サブユニットの物理的な位置は重要ではない。しかし、印刷ヘッドの場合には、冗長サブユニットは、一つまたはそれ以上の印刷アクチュエータを含むことができる。これらアクチュエータは、印刷中のページに対して空間的に固定された位置関係に設置されていなければならない。欠陥を起こしたアクチュエータの印刷位置と同じ位置に、ドットを印刷させるためには、冗長のアクチュエータを、走査方向でない方向に移動させてはならない。しかし、欠陥のあるアクチュエータの代わりに、走査方向に移動する冗長アクチュエータを使用することができる。冗長のアクチュエータが、欠陥のあるアクチュエータと同じ場所にドットを必ず印刷するために、走査方向への移動を補償する目的で、冗長アクチュエータへのデータタイミングを変えることができる。すべてのノズルを交換することができるようにするためには、完全な一組の冗長ノズルがなければならない。これは冗長度が１００％であるということである。１００％の冗長度を達成するには、通常二倍以上のチップ面積を必要とするが、この場合、冗長ユニットを置き換える前の一次歩留まりが非常に大きく低下し、故障許容の利点の大部分が失われてしまう。しかし、本発明の印刷ヘッドの実施形態を使用すれば、印刷ヘッドチップの最小の物理的寸法は、印刷されるページの幅、印刷ヘッドチップの脆さ、およびインクをチップの裏面に供給するインクチャネルの製造上の制限によって決まる。Ａ４サイズの紙を印刷するための全幅、フルカラーヘッドの最小の実用サイズは、約２１５ミリｘ５ミリである。１．５ミクロンのＣＭＯＳ製造技術を使用すれば、チップ面積を有意に増大しないで、１００％の冗長度を達成することができる。それ故、一次歩留まりを有意に下げないで、高いレベルの故障許容を実現することができる。装置に故障許容を導入した場合、標準の歩留まりの式を使用することはできない。上記式をそのまま使わずに、故障許容の機構および程度を、特別に分析し、歩留まりの式に導入しなければならない。図５は、種々の形の故障許容を含む全幅カラーＡ４印刷ヘッドに対する故障許容選別歩留まり１９９である。そのモデル化は歩留まりの式に含まれている。このグラフは、欠陥の頻度および欠陥の集中の関数としての予測歩留まりである。図５に示す歩留まりの予測は、故障許容を完全に実行すると、ウェーハ選別歩留まりを、同一の製造条件の下で、１％以下から９０％以上へと改善することができることを示している。このように歩留まりを改善することにより、製造コストを係数１００だけ下げることができる。数千の印刷ノズルを含む印刷ヘッドの歩留まりと信頼性を改善し、それによりページ幅の印刷ヘッドを実用化するために、故障許容を導入を強く勧める。しかし、故障許容が本発明の本質的な部分であるとは考えてほしくない。ドロップオンデマンド印刷システム内の故障許容は、その開示内容が本明細書に参考文献として記載されている、１９９５年４月１２日出願の下記のオーストラリア特許明細書に記載されている。「印刷機構の集積故障許容」（出願番号：ＰＮ２３２４）「集積印刷ヘッドのブロック故障許容」（出願番号：ＰＮ２３２５）「集積印刷ヘッドの故障許容用二重ノズル」（出願番号：ＰＮ２３２６）「印刷ヘッドの欠陥ノズルの検出」（出願番号：ＰＮ２３２７）「大容積印刷ヘッドの故障許容」（出願番号：ＰＮ２３２８）印刷システムの実施形態図６は、本発明の印刷ヘッドを使用する電子印刷システムの略図である。この図は、記録媒体５１上に多数のインク粒子からなるイメージ６０を印刷する、モノリシック印刷ヘッド５０である。上記媒体は、通常紙であるが、上向き透明フィルム、クロス、またはインク粒子を受けつける多くの他の実質的に平らな面でもよい。印刷されるイメージはイメージ源５２によって供給されるが、このイメージとしては、ピクセルの二次元アレーに変換できる任意のタイプのものを使用することができる。通常のイメージ源は、イメージスキャナ、ディジタル的に記憶されたイメージ、アドービポストスクリプト、アドービポストスクリプトレベル２またはヒューレットーパッカードＰＣＬ５のようなページ記述言語（ＰＤＬ）でコード化されたイメージ、アップルクイックドロウ、アップルクイックドロウＧＸまたはマイクロソフトＧＤＩのような手続き呼出に基づくラスタ化装置によって発生したページイメージ、またはＡＳＣＩＩのような電子形式のテキストである。その後、イメージデータはイメージ処理システム５３によって、特定の印刷システムに適するピクセルの二次元アレーに変換される。このイメージはカラーの場合もあり、モノクロの場合もあり、データは、通常イメージ源および印刷システムの仕様に従って、ピクセル当たり１−３２ビットを持っている。ソースイメージがページ記述である場合には、イメージ処理システムは、ラスタイメージプロセッサ（ＲＩＰ）を使用することができ、ソースイメージがスキャナからのものである場合には、二次元イメージ処理システムを使用することができる。連続トーンイメージが必要な場合には、ハーフトーン化システム５４が必要である。適当なタイプのハーフトーン化は、分散形ドット配列ディザまたはエラー拡散に基づいている。この目的に適しているものとしては、通常確率的スクリーニングまたは周波数変調スクリーニングと呼ばれる、上記ハーフトーン化システムの種々のタイプのものがある。オフセット印刷に通常使用されるハーフトーン化システム、すなわち、集合形ドット配列ディザは適していない。何故なら、この技術を使用すると、有効なイメージ解像度が不必要に無駄になるからである。ハーフトンー化システムの出力は、本発明による印刷システムの解像度を持つ、二進法のモノクロまたはカラーイメージである。二進法のイメージは、データシフトレジスタ５６に、正しい順序でピクセルデータを供給する（図４のヘッド制御ＡＳＩＣ４００に内蔵できる）データ位相回路５５によって処理される。ノズルの配置および紙の動きを補償するためには、データを正しい順序に並べなければならない。データがシフトレジスタ５６にロードされると、そのデータはヒータ駆動回路５７に並列に送られる。正しいタイミングで、駆動回路５７は、対応するヒータ５８を、パルス整形回路６１および電圧レギュレータ６２によって発生した電圧パルスに電子的に接続する。ヒータ５８は、ノズル５９の先端を加熱し、インクの物理的な特性を変化させる。インク粒子６０は、ヒータ駆動回路に供給されたディジタルインパルスに対応するパターンで、ノズルから排出される。インクタンク６４内のインクの圧力は、圧力レギュレータ６３によって調整される。選択されたインク粒子６０は、選択されたインク粒子分離手段によって、インク本体から分離され、記録媒体５１と接触する。印刷中、記録媒体５１は、紙移送システム６５によって、印刷ヘッド５０に対して連続的に移動する。印刷ヘッド５０が、記録媒体５１の印刷領域全体をカバーする幅を持っている場合には、記録媒体５１を一つの方向だけに移動させるだけでよく、印刷ヘッド５０を固定しておけばよい。もっと小型の印刷ヘッド５０が使用される場合には、ラスタ走査システムを実行する必要がある。このことは、通常記録媒体５１を長手方向に移動させながら、印刷ヘッド５０を横方向に走査することによって行うことができる。二進法のイメージは、データシフトレジスタ５６に、正しい順序でピクセルデータを供給する（図４のヘッド制御ＡＳＩＣ４００に内蔵できる）データ位相回路５５によって処理される。ノズルの配置および紙の動きを補償するには、データを正しい順序に並べなければならない。データがシフトレジスタ５６にロードされると、そのデータはヒータ駆動回路５７に並列に送られる。正しいタイミングで、駆動回路５７は、対応するヒータ５８を、パルス整形回路６１および電圧レギュレータ６２によって発生した電圧パルスに電子的に接続する。ヒータ５８は、ノズル５９の先端を加熱し、インクの物理的な特性を変化させる。インク粒子６０は、ヒータ駆動回路に供給されたデジタルインパルスに対応するパターンで、ノズルから排出される。インクタンク６４内のインクの圧力は、圧力レギュレータ６３によって調整される。選択されたインク粒子６０は、選択されたインク粒子分離手段によって、インク本体から分離され、記録媒体５１と接触する。印刷中、記録媒体５１は、紙移送システム６５によって、印刷ヘッド５０に対して連続的に移動する。印刷ヘッド５０が、記録媒体５１の印刷領域全体をカバーする幅を持っている場合には、記録媒体５１を一つの方向だけに移動させるだけでよく、印刷ヘッド５０を固定しておけばよい。もっと小型の印刷ヘッド５０が使用される場合には、ラスタ走査システムを実行する必要がある。このことは、通常記録媒体５１を長手方向に移動させながら、印刷ヘッド５０を横方向に走査することによって行うことができる。ノズル力学のコンピュータシミュレーション印刷ヘッドの動作の詳細は、コンピュータによって広範囲にわたってシミュレーションされた。図７−図９は、静電インク粒子分離と組み合わせて行った、表面張力の低減による電熱インク粒子選択を使用する、ノズル動作のシミュレーションの一例からのいくつかの結果である。コンピュータシミュレーションは、直接観察するのが困難な現象の特性を決定するのに非常に有益である。下記の理由を含むいくつかの理由のために、ノズルの動作を実験的に観察するのは難しい。１）有用なノズルは、顕微鏡的な大きさで、重要な現象の大きさは１ミクロン以下である。２）インク粒子排出の時間的尺度は、数マイクロ秒で、非常な高速での観察を必要とする。３）重要な現象は、半透明な固体材料内で起こり、直接観察するのは不可能である。４）熱の流れおよび流体ベクトルフィールドのようないくつかの重要なパラメータは、どんな尺度をもってしても、直接観察するのは困難である。５）実験用のノズルの製造コストが高い。コンピュータシミュレーションが、上記問題を解決した。流体力学シミュレーション用の一番優れたソフトウェアパッケージは、米国、イリノイ州所在のフルイドダイナミックインターナショナルインク（ＦＤＩ）が作成したＦＩＤＡＰである。ＦＩＤＡＰは、上記会社の登録商標である。その他のシミュレーションプログラムも市販されているが、遷移流体力学、エネルギー移動および表面張力計算の精度が高いので、ＦＩＤＡＰを選んだ。使用したＦＩＤＡＰのバージョンは、ＦＩＤＡＰ７．０６である。計算の理論的根拠有限要素法を使用する流体力学およびエネルギー移動の計算の理論的根拠、およびこの理論的根拠をＦＩＤＡＰコンピュータプログラムに適用する方法は、その開示内容が参考文献として本明細書に記載されている、フルイドダイナミックインターナショナルインク社発行のＦＩＤＡＰ７．０理論マニュアル（１９９３年４月）に詳細に記載されている。材料特性「ＦＩＤＡＰシミュレーションに使用する材料の特性」表には、印刷ヘッドの製造の際に使用することができる材料の、だいたいの物理的特性が表示されている。このシミュレーションで使用される「インク」の特性は、実際には純粋な水の特性である。純粋な水を使用した理由は、インクの表面張力が温度が変化してもほんの僅かしか低下しない、インク粒子の分離にとって「最悪のケース」をシミュレーションするためである。温度変化に伴って、表面張力を大きく低下させるために特に調整したインクを使用すれば、遥かに広い動作マージンを得ることができる。ＦＩＤＡＰ７．０６を使用して、マイクロ秒の遷移で、マイクロメータの尺度により、可変表面張力で、遷移自由表面のシミュレーションを収束させるには、シミュレーションを無次元化する必要がある。ＦＩＤＡＰプログラムを使用する、例示としてのシミュレーションで使用した数値は、「ＦＩＤＡＰシミュレーションに使用する材料の特性」表に表示されている。大部分の数値は、「化学および物理」の７２版の「ＣＲＣハンドブック」、またはラングの化学ハンドブックの１４版からのものである。流体力学シミュレーション図７は、種々の時間ステップでの、印刷原理に基づいて動作するノズル内のインクのメニスカスの中心に向かい、半径方向に延びるノズルリムからの曲線に沿った温度のグラフである。縦軸の目盛りの単位は１００℃で、横軸の目盛りの単位は１０マイクロ秒である。５マイクロ秒の時点で、メニスカス沿いの半径方向の距離は、約１０ミクロンであり、温度は３０℃のままで一定である。ヒータがアクティブになっている期間（１０−２０マイクロ秒の間の曲線）、ノズルチップの端部（座標０．０）の温度はほとんど１００℃である。メニスカスの中心の温度は約６０℃に上昇した。インクがノズルから流れ出し始めると、ノズルチップからメニスカスの中心までの曲線は長くなる。（２４マイクロ秒の時点で）ヒータをオフにすると、ノズルチップの温度は下がる。インクはノズルから流出し続ける。７５マイクロ秒経過するまでに、ノズルチップからメニスカスの中心までのメニスカス上の半径方向の線の長さは、約４０ミクロンである。図８（ａ）−図８（ｉ）は、熱および流体力学複合シミュレーションの種々の時点でのノズルの一例のグラフである。軸対称シミュレーションが使用されている。何故なら、例示としてのノズルは円筒形をしているからである。円筒形からの四つの偏差がある。この偏差というのは、ヒータとの接続、ペーパーの移動による空気の層流、（印刷ヘッドが垂直でない場合は）重力、および基板上の隣接ノズルの存在である。インク粒子排出に対するこれらの要因の影響は少ない。ノズルの半径は７ミクロンであり、グラフ一定の比率で拡大されている。ノズルのチップの領域だけを図示してある。何故なら、インク粒子選択に関連する大部分の現象は、この領域で起こるからである。このグラフは、対称軸から２２．１ミクロンの距離までのノズルチップの断面を示す。図８（ａ）は、表面張力が、インク圧と外部の静電電界または磁界とバランスがとれている静止位置のノズルである。図中、１００はインク本体、１０１はシリコン、１０２は二酸化シリコン、１０３はヒータ位置、１０４はタンタル不動態化層、および１０８は窒化シリコンの不動態化層である。窒化シリコン層の露出面は、疎水コーティングされている。ノズルチップおよびインクの温度は、装置周囲温度と同じで、この場合は、３０℃である。動作中、装置の周囲温度は、空気の周囲温度より若干高くなる。何故なら、多くのインク粒子排出期間中は、温度は印刷密度に基づく平衡温度に維持されているからである。シリコンは熱伝導度が高く、インク内で熱の対流が行われるので、ノズルの熱は、インク粒子の排出の間に、極めて均等に配分される。図８（ｂ）は、ヒータのアクティブ期間スタート２マイクロ秒後のノズルである。この部分は、急速温度遷移を得るために必要なピーク電力を、少なくする予熱サイクル部分である。この時点でヒータに供給される電力は、６１ミリワットである。図示の等温線は、（マークがつけられている）３５℃からスタートし、５℃間隔での温度上昇を示す。図８（ｃ）は、ヒータのアクティブ期間スタート４マイクロ秒後のノズルである。これは、インク内に急峻な温度遷移を確立するために供給されたピークヒータ電力（９７ミリワット）の時点である。図８（ｄ）は、ヒータのアクティブ期間スタート９マイクロ秒後のノズルである。インク、ノズルおよび空気の間のインタフェースのサークルの温度を、インクの沸点（水をベーストするインクの場合約１００℃）より少し低い温度に維持するために必要なヒータ電力は４３ミリワットである。この図は、熱が対流によりメニスカスの中心に向かって急速に運び去られることを示している。図８（ｅ）は、ヒータのアクティブ期間スタート１４マイクロ秒後のノズルである。ヒータ電力は４０ミリワットである。全メニスカスはすでに加熱され、インクが移動し始めている。図８（ｆ）は、ヒータをオフにしてから１マイクロ秒後のノズルである。このシミュレーション用のヒータパルス幅は、１８マイクロ秒であり、ヒータパルスエネルギーは９３０ｎＪである。図８（ｇ）は、ヒータをオフにしてから１６マイクロ秒後のノズルである。この図は、インク内の現在の温度は最高温度（５６．６℃）であるのに、基板が急速に冷却することを示す。この段階においては、垂れ下がったインク粒子が絶対にノズル内に再度吸収されないようにするだけの十分な運動量を持つ。図８（ｈ）は、ヒータをオフにしてから３６マイクロ秒後のノズルである。この図は、上昇した温度がインク粒子のメニスカスの周囲に、非常に均等に広がっていて、ノズルチップの温度が３５℃に下がっていることを示す。図８（ｉ）は、ヒータをオフにしてから４６マイクロ秒後のノズルである。ヒータに供給された熱エネルギーの大部分は、インク粒子によって運び去られる。この段階においては、すべてのノズルの温度は、３５℃に下がっている。図８（ｊ）は、ヒータをオフにしてから５６マイクロ秒後のノズルである。インクはノズルチップのところで‘くびれ’始め、まもなく分離したインク粒子を形成する。１８マイクロ秒の持続時間を持つ、８個の重畳していないインク粒子排出位相を使用する場合、全インク粒子排出サイクルは１４４マイクロ秒である。この時間の長さは、構造物内に残っている熱がシリコンおよびインクを通して発散するのに十分な時間である。それ故、後続のインク粒子の間に有意の干渉は起こらない。図９は、メニスカス位置対ノズル内の時間のグラフである。縦軸の表示単位は１０ミクロンであり、横軸の表示単位は１００マイクロ秒である。このシミュレーションにおいては、最初のメニスカス位置は静止位置とは少し異なっていて、温度パルスはない。このグラフは、共振周波数（継続ピーク間の距離による約２５ＫＨｚ）およびメニスカスおよびインクコラムが減衰する程度を示す。このグラフから、メニスカスが静止位置に急速にもどり、次のインク粒子を排出することができるようになることは明かである。ノズルの流体力学シミュレーション印刷ヘッドは、広い範囲の条件および種々の印刷解像度で動作するように設計することができる。現在入手可能な大量販売用のドロップオンデマンド印刷システムの大部分は、３００−４００ｄｐｉの印刷解像度を持つ。この解像度は、熱インクジェット設計に対する絶対的な制限ではないが、印刷解像度が向上するに従って、印刷ヘッドの設計は通常それにつれてより難しくなる。印刷ヘッドは、広い範囲の解像度で設計することができるが、大量販売市場向けの大部分の印刷ヘッドの解像度は、４００−８００ｄｐｉのようである。テキストおよびグラフィクス用には、４００ｄｐｉの二レベル印刷が一般に適しているが、この解像度は高品質のフルカラー写真複写には向いていない。これに対する例外は、クロス上に印刷する場合であって、この場合は、４００ｄｐｉの解像度の印刷で、標準クロスより優れた結果が得られる。何故なら、機械的印刷技術を使用するクロス上の印刷品質に対する主な制限は、見当合わせであるからである。何故なら、各印刷した色の間でクロスが延びたり、歪んだりするのを防止するのは困難だからである。８００ｄｐｉの解像度が、大量販売用の印刷システムに対する最高の解像度であるように思われる。何故なら、確率的スクリーニングを使用する８００ｄｐｉ、６色ＣＣ’ＭＭ’ＹＫ印刷は、人々が慣れ親しんでいる１３３−１５０ｌｐｉカラーオフセット印刷品質にほぼ相当する結果をもたらすからである。極めて種々様々な種類のノズルのシミュレーションを行った。図１０（ａ）− 図１０（ｆ）は、４００、６００および８００ｄｐｉ印刷用に設計されたノズルのシミュレーションの結果の要約である。流体力学シミュレーションは、ＦＩＤＡＰシミュレーションソフトウェアを使用して行う。それぞれの場合、シミュレーションの持続時間は、１００マイクロ秒であり、間隔は０．１マイクロ秒である。ノズルチップは円筒形で、半径は、４００ｄｐｉシミュレーションに対しては２０ミクロン、６００ｄｐｉシミュレーションに対しては１４ミクロン、８００ｄｐｉに対しては１０ミクロンである。インク圧は、４００ｄｐｉに対しては３．８５ｋＰａ、６００ｄｐｉに対しては５．５ｋＰａ、８００ｄｐｉに対しては７．７ｋＰａである。三つのすべてのシミュレーションの場合の周囲温度は３０℃である。シミュレーションの開始時には、インクメニスカスはその静止位置に近く、すべての速度はゼロである。時変電力パルスを、２０マイクロ秒にスタートし、ヒータに加えた。パルスの持続時間は、４００ｄｐｉシミュレーションに対しては３０マイクロ秒、６００ｄｐｉシミュレーションに対しては２４マイクロ秒、８００ｄｐｉシミュレーションに対しては１８マイクロ秒である。インクメニスカスが、インク粒子選択パルスのスタート前に静止位置に移動することができるように、パルスを２０マイクロ秒にスタートさせた。このシミュレーションの場合には、インク粒子選択プロセスだけをモデル化した。インク粒子選択プロセスは、近接でも、静電的なものでも、または他の手段であってもよい。選択されなかったインク粒子から、選択されたインク粒子を分離するには、選択されたインク粒子と選択されなかったインク粒子との間の、メニスカス位置の物理的違いを利用した。インク粒子を分離するには、インク粒子選択パルスのスタート前後のメニスカスの中心の位置の間の軸方向の違いを、１５ミクロンにするのが適当である。図１０（ａ）、図１０（ｃ）および図１０（ｅ）は、それぞれ４００ｄｐｉノズル、６００ｄｐｉノズルおよび８００ｄｐｉノズルのメニスカスの中心位置対時間の関係を示すグラフである。縦軸の表示単位は１０ミクロン、横軸の表示単位は１００マイクロ秒である。これらグラフを視覚的に比較する場合には、グラフ間の縦軸の尺度が異なっていることを考慮にいれなければならない。重要な特性は、メニスカスの位置を、静止位置（２０マイクロ秒のところのパルス開始前の位置）から約１５ミクロンのところに設定することである。この場所において、（このシミュレーションの場合には、シミュレーションされていない）インク粒子選択手段は、確実に選択されたインク粒子をインク本体から分離し、記録媒体に移動させることができる。インク粒子分離パルスが停止した後のメニスカスの変動は、浸出したインク粒子の最初の非球形的性質によるものである。インク粒子は、球形を通して、扁長の形から偏円へと変化し、また元へ戻る。この変動は重要ではない。何故なら、インク粒子の選択が行われた後では、インク粒子分離手段が、インクメニスカス位置を決める支配的な要因となるからである。図１０（ｂ）、図１０（ｄ）および図１０（ｆ）は、それぞれ４００ｄｐｉノズル、６００ｄｐｉノズルおよび８００ｄｐｉノズルの、種々の瞬間のメニスカスの形状である。直接比較することができるように、三つのグラフは同じ尺度で表示してある。メニスカス位置は、パルスの終了後２０マイクロ秒から４マイクロ秒の時点でのインク粒子選択パルスのスタートから、２マイクロ秒間隔で表示されている。図１０（ｂ）、図１０（ｄ）および図１０（ｆ）の場合には、１００はインク、１０１はシリコン基板、１０２は二酸化シリコン、１０３は環状ヒータの一方の側面の位置を示し、１０８はＳｉ₃Ｎ₄の不動態化層、１０９は疎水性表面コーティングである。グラフは「等温線グラフ」と表示されているが、等温線は図示されていない。図１０にシミュレーションの結果を示すノズルは、図７、図８および図９にシミュレーションの結果が図示されているノズルとは異なる設計のものである。印刷ヘッド用のノズルは種々様々に設計することができる。ノズルに対する基本的な要件は、熱インクジェットノズルの要件より簡単なので、ノズルに対して選択した実際の幾何学的形状は、主として製造プロセス上に都合のよいように決定することができる。熱作動印刷ヘッド内の自己冷却動作本発明は、高速、小型、低コストおよびより多くのノズルを持つ印刷ヘッドを製造することができるように、廃熱除去の問題を完全に解決するか、または有意に軽減するためのシステムを提供する。このシステムは、廃熱を除去するのに排出したインクそのものを使用しているが、設計する印刷ヘッドには下記の二つの制限がある。１）静止電力消費（実際に印刷していないときに、印刷ヘッドが消費する電力）は、対流または強制空気冷却により静止熱を発散できるように、十分低くなければならない。２）最大アクティブ電力消費（印刷中に消費する電力）は、印刷中のインクの温度を信頼できる動作温度以上に上昇させるのに必要な電力より少なくなければならない。第一の制限は、ＣＭＯＳ駆動回路を使用することにより解決することができる。ほとんどの状況の場合、ＣＭＯＳ駆動回路を使用すると、ヒートシンクまたは他の特殊な装置を使用しなくても、廃熱を発散できるほど静止電力を減少させることができる。印刷ヘッドから周囲の環境への熱抵抗が過度の熱の蓄積を防止できるだけ十分に低い場合は、バイボーラ、ｎＭＯＳまたは他の駆動回路も同様に使用することができる。しかし、ＣＭＯＳまたはｎＭＯＳ回路を実際に使用するには、現在の熱インクジェット（ＴＩＪ）印刷システムは、余りに高いアクティブ電力要件を持つ。それ故、バイポーラ駆動回路が通常使用される。本発明の印刷技術を使用する印刷ヘッドは、ＣＭＯＳ駆動回路を実際に使用できるほど十分に低い（ＴＩＪの１％以下）アクティブ電力消費で設計することができる。第二の制限は、一個のインク粒子を排出するのに必要なエネルギーを、同じ一個のインク粒子を周囲のインク温度から、信頼できる印刷動作を維持することができる最大インク温度まで上昇させるのに必要なエネルギーより小さくなるように、印刷ヘッドのノズルを設計することにより解決することができる。このことが達成できれば、有効電力の全部を印刷ヘッドそれ自身内で発散させることができる。アクティブ電力消費量は、単位時間当たりに印刷されるインク粒子の数に正比例する。印刷ヘッド内で発散することができる電力も、単位時間当たりに印刷したインク粒子の数に正比例する。それ故、インク粒子当たりのエネルギーを、必要な閾値以下に下げることができれば、印刷速度、ノズル数またはノズル密度に対する電力発散の制限は、完全に解決することができ、「自己冷却動作」が行われる。自己冷却の閾値の数値は、周囲温度、インク粒子の半径、インクの比熱、インクの沸点および必要な動作マージンによって異なる。図１９は、自己冷却動作を維持することができる最大インク粒子排出工ネルギーのグラフである。水をベースとするインクの場合の、インク粒子の半径および周囲温度に対する、最大インク粒子排出エネルギーがグラフで表示されている。２０℃の動作マージンが想定されている。印刷ヘッドの静止電力発散は無視できると見なされる。図６の曲線以下の印刷ヘッド排出エネルギーで動作する印刷ヘッドは、自己冷却により動作することができる。図１９に示す以上のエネルギーをインク粒子を排出するのに必要とする印刷ヘッドは、インク粒子の排出だけでは完全に冷却することはできない。商業的に入手できる熱インクジェット印刷技術は、現在自己冷却動作に対する閾値の約１０倍のインク粒子排出工ネルギーを持つ。インク粒子のサイズが１００ｐｌ以下の熱インクジェットプリンタの場合には、自己冷却動作を行うのは非常に難しいと思われる。しかし、本発明によって動作する印刷ヘッドのノズルは、自己冷却動作ができるように容易に設計することができる。粘度低減選択を使用する好適な実施形態この好適な実施形態の場合には、印刷するインク粒子を選択する手段は、振動インク圧の下でのインクの粘度の低減である。振動インク圧の平均圧力は、インクの表面張力に打ち勝ち、インクをノズルから排出するのには不十分である。周囲温度の場合には、インクの粘度は、インク圧の振動から生じるインクメニスカスの振動の振幅より、インク粒子を分離させるには不十分である程度の数値を持つ。ノズルの熱アクチュエータが作動すると、インクの粘度は、インク圧の振動から生じるインクメニスカスの振動の振幅により、インク粒子を分離させることができるくらいに十分低い数値に低下する。ほとんどの場合、ノズルから排出された時のインクの粘度は、排出されたインク粒子を、インク本体から分離できるほど低くない。コンピュータ制御印刷関係の大部分のインク粒子のサイズの場合、インク粒子に働く重力は表面張力の力と比較すると小さい。その結果、重力をインク粒子の分離手段として使用することはできない。それ故、インク本体から選択されたインク粒子を分離し、インク粒子に記録媒体上に確実に点を形成させるための手段が必要になる。インク粒子分離手段は、下記のリストから選択することができるが、リストに含まれている手段に限定されない。１）近接（印刷ヘッドの極めて近いところに記録媒体を配置する）２）静電誘引３）磁気誘引効果的にインク粒子を分離するためには、温度の上昇と共に、インクの粘度が大きく低下しなければならない。選択されないインクの粘度は、高くなければならないが（好適には、２０ｃＰ以上）、選択されたインク粒子の粘度は、好適には１０以上、下がらなければならない。適当なインク特性は、種々の有機ワックス、酸、アルコール、オイルおよび他の化合物の混合物を使用することにより得ることができる。本発明による種々の印刷は、室温ではインクが固体状態の高温溶融印刷に適している。インクは、好適には６０℃以上の融点を持っていることが好ましく、またハッキリとした融点を持つのではなく、「軟化」するように、異なる融点を持つ化合物の混合物の形で調整することもできる。インクタンクおよび印刷ヘッドは、印刷を開始する前にインクの融点（例えば、８０℃）以上の温度に加熱される。この温度は、静止温度と呼ばれる。印刷特性に対する周囲温度の影響を最小限度に少なくするために、印刷ヘッドの温度を調節することができる。インク粒子を印刷する場合には、ノズル中の電熱アクチュエータが作動し、ノズルチップのインクの温度を上昇させる。適当な排出温度は、静止温度より１００℃高い温度で、インクの粘度を大きく下げるだけの十分な温度差を生じる温度である。高速高解像度印刷の場合には、排出温度でのインクの粘度は、好適には１０ｃＰ以下で、より好適には１ｃＰ程度であることが好ましい。インクの粘度が低下すると、インク圧の振動に応じて、インクが遥かに高速で移動し、それによりインクがさらに遠くに移動する。インクの粘度が低下すると、選択されたインク粒子は、選択されなかったインク粒子のピークメニスカス位置よりさらに遠くに延びたピークメニスカス位置を持つことになる。これにより、インク粒子分離手段は、選択されたインク粒子と選択されなかったインク粒子とを区別することができる。インク圧は、インクに音波を当てることにより振動させることができる。音波の波形は重要ではないが、波形を制御し予測するには正弦波の使用が最も簡単な方法であり、本明細書中では正弦波を使用する場合について説明する。周波数は、一本のノズルからのインク粒子排出周波数と同じか、その整数倍である。振動の位相は、好適にはインク粒子排出サイクルに正確にタイミングがあっていることが好ましい。音波発生装置は、ノズル列にインクを供給するインクチャネルのインク本体を変位させるような方法で、ノズル列の全長にわたって配置されている圧電クリスタルを含む。適当な周波数、振幅および位相を持つ正弦波電圧が、圧電クリスタルに加えられる。圧電クリスタルは、加えられた電圧に従って伸縮し、インクを変位させる。この変位は動的で、連続しているので、インク中に圧力波が形成される。インク音波を使用すると、構造が複雑になり、印刷コストも増大するので、この方法は、コストを重視しない用途に最も適している。そのような用途としては、短期デジタルカラー印刷および高品質高速カラーオフィス印刷等がある。粘度動作インクの粘度の低下を利用する本発明の印刷の正確な動作は、その中の多くを印刷ヘッド製造プロセス、インク製造、またはプリンタ動作中に正確に制御することができる多くの要因に基づいている。上記要因としては下記のものがある。１）ノズル半径２）ノズル長３）バレルの幾何学的形状４）インク圧周期５）インク圧力波の振幅６）インク圧の一定のオフセット７）インク圧力波に対するヒータ作動パルスの位相８）ヒートパルスのエネルギー９）時間に関するヒートパルスのエネルギーの分配１０）ヒータの幾何学的形状１１）ノズルに対するヒータ位置１２）ノズル材の熱伝導度１３）インクの熱伝導度１４）温度に対するインクの粘度ノズル力学のコンピュータシミュレーション印刷ヘッドの動作の詳細は、コンピュータによって広範囲にわたってシミュレーションされた。図２１−図２６は、インクの粘度による電熱インク粒子選択を使用する本発明のノズルの一実施形態の例示としてのシミュレーションからのいくつかの結果である。このシミュレーションの場合には、インク粒子分離手段はモデル化しない。その結果、選択されたインク粒子はインク本体から分離しないで、ノズルに戻る。作動ドロップオンデマンドプリンタを製造するためには、本明細書のモデル化したインク粒子選択手段を、適当なインク粒子分離手段と組み合わせて使用しなければならない。コンピュータシミュレーションは、直接観察するのが困難な現象の特性を決定するのに非常に有益である。下記の理由を含むいくつかの理由のために、ノズルの動作を実験的に観察するのは難しい。１）本発明の有用なノズルは、顕微鏡的な大きさで、重要な現象の大きさは１ミクロン程度である。２）インク粒子排出の時間的尺度は、数マイクロ秒で、非常な高速での観察を必要とする。３）重要な現象は、半透明な固体材料内で起こり、直接観察するのは不可能である。４）熱の流れ、粘度および流体速度のようないくつかの重要なパラメータは、直接観察するのは困難である。５）実験用のノズルの製造コストが高い。コンピュータシミュレーションが、上記問題を解決した。流体力学シミュレーション用の一番優れたソフトウェアパッケージは、米国、イリノイ州所在のフルイドダイナミックインターナショナルインク（ＦＤＩ）が作成したＦＩＤＡＰである。ＦＩＤＡＰは、上記会社の登録商標である。その他のシミュレーションプログラムも市販されているが、遷移流体力学、エネルギー移動および表面張力計算の精度が高いので、ＦＩＤＡＰを選んだ。使用したＦＩＤＡＰのバージョンは、ＦＩＤＡＰ７．０６である。計算の理論的根拠有限要素法を使用する流体力学およびエネルギー移動の計算の理論的根拠、およびこの理論的根拠をＦＩＤＡＰコンピュータプログラムに適用する方法は、その開示内容が参考文献として本明細書に記載されている、フルイドダイナミックインターナショナルインク社発行のＦＩＤＡＰ７．０理論マニュアル（１９９３年４月）に詳細に記載されている。材料特性「ＦＩＤＡＰシミュレーションに使用する材料の特性」表には、印刷ヘッドの製造の際に使用することができる材料の、だいたいの物理的特性が表示されている。このシミュレーションで使用する「インク」の特性は、炭素数が１８−２４の酸、またはアルコールおよび／または融点が６０−８０℃の適当なワックスからなる、媒体内に分散された固体顔料を含む高温溶融黒インクの推定値である。シミュレーションの周囲温度（８０℃）においては、媒体は粘度約１００ｃＰの液体である。高温溶融インクの粘度値は、特定の処方を示さないが、望ましい目標とする粘度曲線を持つ。黒の着色剤は、粒子サイズが１０ミクロン以下の２％アチェソン黒鉛である。この黒鉛は、優れた安定性および耐光性を持つ非常に濃い黒の着色剤で、インクの熱伝導度も増大する。アチェソン黒鉛は、押し出し軸に平行に１５０Ｗｍ^-1Ｋ^-1の熱伝導性を持ち、１００℃での押し出し軸に垂直に１１１Ｗｍ^-1Ｋ^-1の熱伝導性を持つ。着色剤として黒鉛を混入すると、インク媒体の熱伝導度が向上する。このことは重要なことである。何故なら、高速低電力動作にとっては、比較的高い熱伝導度が望ましいからである。選択した着色剤が高い熱伝導度を持たず、インク媒体が低い熱伝導度を持っている場合には、高速プリンタ用には、熱伝導度を少なくとも０．５Ｗｍ^-1Ｋ^-1に増加させる添加物を使用することを勧める。ＦＩＤＡＰ７．０６を使用して、マイクロ秒の遷移で、マイクロメータの尺度により、可変表面張力で、遷移自由表面のシミュレーションを収束させるには、シミュレーションを無次元化する必要がある。ＦＩＤＡＰプログラムを使用する、例示としてのシミュレーションで使用した数値は、「ＦＩＤＡＰシミュレーションに使用する材料の特性」表に表示されている。大部分の数値は、「化学および物理」の７２版の「ＣＲＣハンドブック」、またはラングの化学ハンドブックの１４版からのものである。流体力学シミュレーションの結果図２０−図２５は、熱および流体力学複合シミュレーションのノズルの一例のグラフである。軸対称シミュレーションが使用されている。何故なら、例示としてのノズルは円筒形をしているからである。円筒形からの五つの偏差がある。この偏差というのは、ヒータとの接続、ペーパーの移動による空気の層流、（印刷ヘッドが垂直でない場合は）重力、対称軸から２５ミクロン以上離れたノズルバレルの幾何学的形状、および基板上の隣接ノズルの存在である。インク粒子排出に対するこれらの要因の影響は少ない。図２２は、時間の関数としてのインク圧のグラフである。圧力は７２マイクロ秒の周期で正弦波状に変化する。三つ圧力サイクルが図示されている。横軸は０ −２１６マイクロ秒の間を１００マイクロ秒単位で表示する。図２１は、図２０の第三のサイクル中に電熱パルスを供給した場合の、時間の関数としてのノズル内の種々の点での温度である。パルスは１６０マイクロ秒のところからスタートし、３６マイクロ秒の持続時間を持つ。パルスは、パルスの持続時間中、（インクメニスカスがノズルと接触する）ノズルチップの温度を１８０℃の温度にほぼ一定に維持するように、その頂部が形成されている。曲線Ｂがその様子を示す。曲線Ａは、ヒータの中心の温度を示す。曲線Ｃは、ヒータから１４．５ミクロン離れた印刷ヘッドの表面の一点の温度を示す。横軸は図２０のものと同じである。縦軸の表示単位は１００℃である。周囲温度は８０℃である。図２２は、時間の関数としてのメニスカスの極値の位置である。横軸は図２０のものと同じである。最初の二つのサイクル（０−１４４マイクロ秒）は、選択されなかったインク粒子であり、この場合、ヒータに電力は供給されない。この場合、温度は低く、粘度は高い（１００ｃＰ）。粘度が高いので、図２０に示す圧力の変化によるインクの動きは小さい（ピークピーク値で２ミクロン程度）。圧力波の第三のサイクル中、ヒータに電力が供給され、その結果、図２１に示すように温度が上昇する。粘度が低下すると、メニスカス位置が約１０ミクロン移動する。選択されなかったインク粒子と、選択されたインク粒子との間のメニスカス位置の違いにより、インク粒子分離手段は、選択されたインク粒子により、確実に記録媒体上に点を形成することができるが、選択されなかったインク粒子はそうすることができない。このシミュレーションの場合には、インク粒子分離手段はモデル化されない。それ故、選択されたインク粒子はノズル内に戻る。このことは、図２２の１９６−２１６マイクロ秒間に図示されている。図２３、図２４、図２５、図２７および図２８は、動作中のノズルの断面図である。ノズルチップの領域だけを示す。何故なら、インク粒子選択に関するほとんどの現象はこの領域で起こるからである。これらグラフは、対称軸から２２ミクロン離れた所までのノズルチップの断面図である。ノズル半径は１０ミクロン、グラフは一定の尺度で拡大されている。これらの図中、１００はインク、１０１はシリコン基板、１０２は二酸化シリコン、１０３は環状ヒータの一側面上の位置、１０８はＳｉ₃Ｎ₄の不動態化層、１０９は疎油性表面コーティングである。図２３（ａ）、図２３（ｃ）、図２３（ｅ）、図２３（ｉ）は、５℃間隔の等温線を示す。図２３（ｂ）、図２３（ｄ）、図２３（ｆ）、図２３（ｈ）、図２３（ｊ）は、等粘度線およびインク粒子排出サイクル中の種々の時点での粒子の放出を示す。図２３（ａ）は、図２０−図２２に示す１６０マイクロ秒の時点での、ヒータ加熱パルスのスタート時の等温線である。この時にヒータに供給された電力は１８０ミリワットである。周囲温度は８０℃であり、等温線は８５−１２０℃の間のもので、５℃間隔で表示されている。図２３（ｂ）は、１６０マイクロ秒の時点での等粘度線である。バルクインクの粘度は、１００ｃＰであり、この時点では粘度の変化は少しもない。固体材料（シリコン１０１、二酸化シリコン１０２およびＳｉ₃Ｎ₄１０８）中の線は、有限要素計算のメッシュを示す。図２３（ｃ）は、ヒータ加熱パルスのスタート１０マイクロ秒後、すなわち、１７０マイクロ秒の時点での等温線である。この時にヒータに供給された電力は７４ミリワットである。等温線は８５−１９５℃の間のもので、５℃間隔で表示されている。図２３（ｄ）は、１７０マイクロ秒の時点での等粘度線である。インクの粘度は、ヒータから遠いところでは１００ｃＰ、近いところでは２ｃＰ以下へと変化する。図２３（ｅ）は、ヒータ加熱パルスのスタート２０マイクロ秒後、すなわち、１８０マイクロ秒の時点での等温線である。この時にヒータに供給された電力は６０ミリワットである。図２３（ｆ）は、１８０マイクロ秒の時点での等粘度線である。インクの粘度が下がったので、インク圧が増大し、インクはヒータに電力が供給されなかった場合の位置よりさらに遠くに移動することができる。ノズルチップの壁部のところでは、インクの粘度が最も低く、温度は最も高い。このことにより、インクの移動が促進される。何故なら、インクの移動に対するインクの粘度の遅延効果は、ノズルの軸のところよりノズルの壁部に近いところのほうが大きいからである。図２３（ｇ）は、ヒータ加熱パルスのスタート３０マイクロ秒後、すなわち、１９０マイクロ秒の時点での等温線である。この時にヒータに供給された電力は５８ミリワットである。図２３（ｈ）は、１９０マイクロ秒の時点での等粘度線である。（特に４ｃＰの線上でハッキリと認められる）等粘度線の「しわ」は、温度と粘度との間の非線形の関係と組み合わされた要素内の補間による有限要素シミュレーションの計算上の人工産物である。シミュレーションに対するこの補間の影響は無視することができる。図２３（ｉ）は、ヒータ加熱パルスのスタート４０マイクロ秒後、すなわち、２００マイクロ秒の時点での等温線である。この時点は、ヒータをオフにしてから４マイクロ秒経過した時点であり、この段階での最高温度は１５５℃である。図２３（ｊ）は、２００マイクロ秒の時点での等粘度線である。この段階においては、インク粒子分離手段が、メニスカス位置を決める主な要因となる。高温で粘度の低いインクの大部分は、選択されたインク粒子を形成し、記録媒体上に点を印刷する。選択されたインク粒子の粘度が下がり、温度が上昇する結果、インク粒子がフリーズする前に、繊維質の記録媒体の繊維とインク粒子との結合が促進される。図２４は、インク粒子が選択されない場合の、１サイクル中のメニスカス位置の動きである。この図は、８８−１２８マイクロ秒間のインクメニスカス位置を１０マイクロ秒間隔で示す。これらの位置は、図２５に示す１６０−２００マイクロ秒間のインターバルのインク圧力波の同じ位相に対応する。メニスカスは、圧力の振動により約２ミクロン移動する。図２５は、インク粒子選択サイクル中のメニスカス位置の動きである。この図は、１６０−２００マイクロ秒間のインクメニスカス位置を１０マイクロ秒間隔で示す。これらの位置は、図２４に示す８８−１２８マイクロ秒間のインターバルのインク圧力波の同じ位相に対応する。メニスカスは、加熱されたインクの粘度が低下するので、圧力の振動により約１０ミクロン移動する。図２６は、インク圧力波の周波数およびインク粒子選択および分離の周波数が半分である場合の、シミュレーションに対する時間の関数としてのメニスカスの極値の位置である。この装置の最大印刷速度は、図２０−図２５に結果を示す装置の半分である。しかし、選択されなかったインク粒子と選択されたインク粒子との間の位置の絶対的な違いがより大きいので、インク粒子分離プロセスに対する動作マージンが増大する。横軸は図２０のものと類似しているが、時間軸は係数２だけ拡大している。このグラフの縦軸の尺度は、図２０のものとは違う。最初の二つのサイクル（０−２８８マイクロ秒）は、選択されなかったインク粒子であり、この場合、ヒータに電力は供給されない。この場合、温度は低く、粘度は高い（１００ｃＰ）。粘度が高いので、１４４マイクロ秒の周期を持つ圧力の変化によるインクの動きは小さい（ピーク−ピーク値で４ミクロン程度）。圧力波の第三のサイクル中、ヒータに電力が供給される。粘度が低下すると、メニスカス位置が約１５ミクロン移動する。このシミュレーションの場合には、インク粒子分離手段はモデル化されない。それ故、選択されたインク粒子はノズル内に戻る。この様子を、図２６の３９２−４３２マイクロ秒間に示す。図２７は、インク粒子が選択されない場合の、１サイクル中のメニスカス位置に動きである。この図は、１７６−２５６マイクロ秒間のインクメニスカス位置を２０マイクロ秒間隔で示す。これらの位置は、図２８に示す３２０−４００マイクロ秒間のインターバルのインク圧力波の同じ位相に対応する。メニスカスは、圧力の振動により約４ミクロン移動する。図２８は、インク粒子選択サイクル中のメニスカス位置の動きである。この図は、３２０−４００マイクロ秒間のインクメニスカス位置を２０マイクロ秒間隔で示す。これらの位置は、図２７に示す１７６−２５６マイクロ秒間のインターバルのインク圧力波の同じ位相に対応する。メニスカスは、加熱されたインクの粘度が低下するので、圧力の振動により約１６ミクロン移動する。図２０−図２８にシミュレーションの結果を示すノズルは、図１および図２に示すノズルとは異なる設計のものである。印刷ヘッド用のノズルは種々様々に設計することができる。ノズルに対する基本的な要件は、熱インクジェットノズルの要件より簡単なので、ノズルに対して選択した実際の幾何学的形状は、主として製造プロセス上に都合のいいように決定することができる。可変インク粒子サイズ二レベルプリンタではなく、コントーンプリンタとして動作することができるように、いくつかの機構を使用して、インク粒子のサイズを変えることができる。インク粒子のサイズを変えることができる範囲は、印刷ヘッド、駆動回路、インク粒子分離手段および使用するインクの正確な特性によって異なる。各インク粒子毎にインク粒子のサイズを変調する手段としては、下記のもの等がある。１）ヒータパルスの立ち下がりを一定に維持しながら、その立ち上がりの時間を変調する方法。２）ヒータパルスの立ち上がりを一定に維持しながら、その立ち下がりの時間を変調する方法。３）ヒータパルスの幅を一定に維持しながら、その立ち上がりの時間を変調する方法。４）ヒータパルスの電圧を変調する方法。本発明の種々な一般的および好適な実施形態を説明してきた。付録Ａの表に、詳細な好適な実施形態の特性を示す。当業者にとっては、本発明の範囲から逸脱しないで、一般的および特定の実施形態を種々に修正できることは明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号ＰＮ２３２３ (32)優先日 1995年４月12日 (33)優先権主張国オーストラリア（ＡＵ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ，ＵＳ【要約の続き】ンデマンド機構は、低電力で作動し、変更したＣＭＯＳプロセスを使用によるモノリシック多重ノズル印刷ヘッドの製造を可能にする。この印刷ヘッドは、歩留まり、装置の寿命および信頼性を改善するために、大規模な故障許容を含むことができる。

Claims

【特許請求の範囲】１．ドロップオンデマンド印刷方法であって、（１）（ａ）周囲マニフォールド圧力より高くすること、および（ｂ）選択エネルギーパルスの結合作用により、アドレスされたインク部分を選択されなかったノズルを超えて、しかしその隣接しているインクの塊から分離しない程度に、その関連ノズルから所定の領域へ移動させる同時フォースにより、印刷ヘッドの選択されたノズルのインクにアドレスするステップと、（２）上記アドレスステップ中、（ａ）上記領域に送られた選択されたインクを、その隣接しているインクの塊から分離することができ、かつ、（ｂ）アドレスされなかったインクを、そのように分離させない大きさと近接のフォースで、印刷ヘッドからのインクを、印刷ゾーンへ誘引するステップと、を含むドロップオンデマンド印刷方法。２．前記アドレスステップが、選択されたノズル内のインクを加熱することを含む請求項１に記載のドロップオンデマンド印刷方法。３．インクの組成と加熱エネルギーが、インク粒子の選択を、選択されたノズルと選択されなかったノズルのインクの間の表面張力の違いによって行う請求項２に記載のドロップオンデマンド印刷方法。４．インクの組成と加熱エネルギーが、インク粒子の選択を、選択されたノズルと選択されなかったノズルのインクの間の粘度の違いによって行う請求項２に記載のドロップオンデマンド印刷方法。５．上記誘引ステップが電界を使用し、上記インクが導電性である請求項１に記載のドロップオンデマンド印刷方法。６．上記誘引ステップが磁界を使用し、上記インクが磁気的に誘引することができるものである請求項１に記載のドロップオンデマンド印刷方法。７．磁気的または電気的に誘引することができるインクと、ノズルとそのノズルのインクに周囲の空気圧より少なくとも２％高い圧力か又は周期的に変化する圧力を掛けるための手段とを持つプリンタと、を備えてなり、上記プリンタが、上記圧力下で、上記選択されたインク粒子のメニスカスが、選択されなかったインク粒子のメニスカスとは異なる位置に移動するように、上記のインク粒子の表面張力又は粘度を十分に下げることによって、インク粒子を選択するための電気制御手段と、選択されたインク粒子をプリンタから記録媒体に誘引するためのインク粒子分離手段とをさらに含むドロップオンデマンド印刷システム。８．表面張力を下げるための手段が、選択されたノズルチップを加熱するための手段を備えてなる請求項７に記載のドロップオンデマンド印刷システム。９．選択されたノズルチップを加熱するための手段が、電熱アクチュエータである請求項８に記載のドロップオンデマンド印刷システム。１０．上記粘度を下げるための手段が、選択されたノズルを加熱するための手段である請求項７に記載のドロップオンデマンド印刷システム。１１．上記選択されたノズルチップを加熱するための手段が、電熱アクチュエータである請求項１０に記載のドロップオンデマンド印刷システム。１２．インク粒子分離手段が、導電性インクを誘引する電界である請求項７に記載のドロップオンデマンド印刷システム。１３．インク粒子分離手段が、磁気的にアクティブな粒子を含む液体インクを誘引する磁界である請求項７に記載のドロップオンデマンド印刷システム。１４．記録媒体が紙である請求項７に記載のドロップオンデマンド印刷システム。１５．記録媒体が透明なフィルムである請求項７に記載のドロップオンデマンド印刷システム。１６．記録媒体が布である請求項７に記載のドロップオンデマンド印刷システム。１７．上記インクの加熱の場合、インク粒子を選択し、分離するために必要なエネルギーが、同じ量の選択されなかったインクの温度をインク粒子選択レベルまで上昇させるのに必要なエネルギーより小さい請求項１に記載のドロップオンデマンド印刷方法。１８．上記インクおよび電気制御手段が、インク粒子を選択し、分離するために必要なエネルギーが、同じ量の選択されなかったインクの温度を分離レベル温度まで上昇させるエネルギーより小さくするように構成されている請求項７に記載のドロップオンデマンド印刷システム。１９．インク粒子を排出するのに必要なエネルギーが、インク周囲温度より高い、上記インク粒子の量と等しい量のバルクインクの温度を、インク粒子排出温度以下の温度に上昇させるのに必要なエネルギーより小さいことを特徴とする熱作動液体インク印刷ヘッド。２０．上記インク粒子選択手段が、選択しようとするインク粒子の付近のインクの粘度を下げる請求項７に記載のドロップオンデマンド印刷システム。２１．インクの粘度の低下が、選択しようとするインク粒子付近の温度を上昇させることによって引き起こされる請求項２０に記載のドロップオンデマンド印刷システム。２２．電熱アクチュエータによって、選択しようとするインク粒子の付近のインクの温度を上昇する請求項２１に記載のドロップオンデマンド印刷システム。２３．上記選択されたインク粒子のメニスカス位置の差が上記インク粒子選択手段によって発生され、上記選択されたインク粒子のメニスカス位置の上記差が、選択されたインク粒子を上記インク本体から分離させるには不十分である請求項２２に記載のドロップオンデマンド印刷システム。２４．上記インクに圧力を掛ける手段が、周期的に変化する圧力を掛けることができる請求項２０に記載のドロップオンデマンド印刷装置。２５．使用するインクが室温では固体であるが、印刷ヘッドの動作温度では液体である請求項２０に記載のドロップオンデマンド印刷システム。２６．インク圧の上記変化が、変動電圧が掛けられる圧電素子によって発生される請求項２４に記載のドロップオンデマンド印刷システム。２７．上記インク圧が、インク粒子排出周波数又はその倍数の周波数で変動するように発生される請求項２６に記載のドロップオンデマンド印刷システム。２８．記録媒体がプラスチックフィルムである請求項２０に記載のドロップオンデマンド印刷システム。２９．インク粒子分離手段が、記録媒体と印刷ヘッドとの近接である請求項２０に記載のドロップオンデマンド印刷システム。